BRPI0911162B1 - installation of bottom-to-surface connection of a rigid tube with a positively buoyant flexible tube and method of placement thereof - Google Patents
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Abstract
instalação de ligação fundo-superfície de um tubo rígido com um tubo flexível de flutuabilidade positiva e método de colocação da mesma a presente invenção refere-se a uma instalação de ligação fundo-superfície com, pelo menos, dois tubos (10a, 10b) submarinos repousados no fundo do mar, compreendendo: 1) uma primeira torre híbrida compreendendo: a) um duto de interligação (1a) vertical ancorado (3a) a uma primeira base e ligada a um referido tubo (10a) submarinas repousado no fundo do mar e cuja extremidade superior está ligada a um primeiro flutuador (2a) em subsuperfície e b), assegurando um primeiro tubo (4a) de ligação, de um modo preferido, um tubo flexível, a ligação entre um suporte (11) flutuante e a extremidade superior do referido duto de interligação e 2) pelo menos, um segundo tubo (1b) rígido elevando-se desde o fundo do mar, no qual está repousado (10b) ou desde um segundo tubo submarino repousado no fundo do mar à qual a extremidade inferior, que não está ancorada ao nível da referida primeira base, está ligada, até à subsuperfície onde a sua extremidade superior é ligada a um segundo flutuador (2b) situado, sensivelmente, à mesma profundidade que o referido primeiro flutuador (2a) e fixa a um referido primeiro flutuador por, pelo menos e respectivamente, um segundo tubo (2b) de ligação flexível, assegurando a sua ligação com um mesmo referido suporte (11) flutuante.bottom-to-surface rigid pipe assembly with a positively buoyant flexible pipe and method of laying the present invention relates to a bottom-to-surface pipe installation with at least two subsea pipes (10a, 10b) resting on the seabed, comprising: 1) a first hybrid tower comprising: a) a vertical interconnecting duct (1a) anchored (3a) to a first base and connected to said underwater seabed (10a) and whose upper end is connected to a first subsurface float (2a) and b), ensuring a first connecting tube (4a), preferably a flexible tube, the connection between a floating support (11) and the upper end of the 2) at least one second rigid pipe (1b) rising from the bottom of the sea in which it is resting (10b) or from a second subsea tube resting on the bottom of the sea to which the end is inferred. which is not anchored at the level of said first base, is connected to the subsurface where its upper end is connected to a second float (2b) situated at approximately the same depth as said first float (2a) and fixed to said first float by at least and respectively a second flexible connection tube (2b), ensuring its connection with said same floating support (11).
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para INSTALAÇÃO DE LIGAÇÃO FUNDO-SUPERFÍCIE DE UM TUBO RÍGIDO COM UM TUBO FLEXÍVEL DE FLUTUABILIDADE POSITIVA E MÉTODO DE COLOCAÇÃO DA MESMA.Descriptive Report of the Invention Patent for INSTALLATION OF BOTTOM-SURFACE CONNECTION OF A RIGID TUBE WITH A FLEXIBLE TUBE OF POSITIVE FLOATABILITY AND METHOD OF PLACING THE SAME.
A presente invenção refere-se a uma instalação de ligação fundo-superfície entre um tubo submarino repousado no fundo do mar e um suporte flutuante em superfície, compreendendo uma torre híbrida constituída por um tubo flexível ligado a um tubo rígido ascendente ou duto de interligação (riser) vertical, cuja extremidade inferior compreende uma peça de transição de inércia que permite o seu encaixe num dispositivo de ancoragem compreendendo uma base repousada no fundo do mar.The present invention relates to a bottom-to-surface connection installation between an underwater tube resting on the seabed and a floating surface support, comprising a hybrid tower consisting of a flexible tube connected to a rigid riser or interconnection duct ( vertical riser), whose lower end comprises a transition piece of inertia that allows its fitting in an anchoring device comprising a base resting on the seabed.
O setor técnico da invenção é, mais particularmente, o domínio da fabricação e da instalação de colunas ascendentes (« duto de interligação ») de produção para a extração submarina de petróleo, de gás ou outro material solúvel ou fundível ou de uma suspensão de matéria mineral a partir de uma cabeça de poço imergida até um suporte flutuante, para o desenvolvimento de campos de produção instalados em alto-mar ao largo das costas. A aplicação principal e imediata da invenção é no domínio da produção petrolífera.The technical sector of the invention is, more particularly, the domain of the manufacture and installation of upright columns ("interconnection duct") of production for the underwater extraction of oil, gas or other soluble or meltable material or a suspension of matter mineral from a wellhead immersed to a floating support, for the development of production fields installed on the high seas off the coast. The main and immediate application of the invention is in the field of oil production.
O suporte flutuante compreende, em geral, meios de ancoragem para permanecer em posição apesar dos efeitos das correntes, dos ventos e da ondulação. Também compreende, em geral, meios de armazenamento e tratamento do petróleo, bem como meios de descarga para petroleiros transportadores, apresentando-se estes últimos a intervalos regulares para efetuar a retirada da produção. A denominação corrente destes suportes flutuantes é o termo anglo-saxônico “Floating Production Storage Offloading” (significando “meio flutuante de armazenamento, produção e descarga) do qual utiliza-se o termo abreviado “FPSO” no conjunto da descrição seguinte.The floating support generally comprises anchoring means to remain in position despite the effects of currents, winds and waves. It also comprises, in general, means of storage and treatment of oil, as well as means of unloading for transporting tankers, the latter presenting themselves at regular intervals to effect the withdrawal of production. The current name for these floating supports is the Anglo-Saxon term “Floating Production Storage Offloading” (meaning “floating storage, production and unloading medium) which uses the abbreviated term“ FPSO ”in the set of the following description.
Conhecem-se ligações fundo-superfície de um tubo submarino repousado no fundo do mar, ligação do tipo torre-híbrida compreendendo:Bottom-to-surface connections of an underwater tube resting on the seabed are known, tower-hybrid type connections comprising:
- uma riser vertical cuja extremidade inferior é ancorada no fundo do mar por meio de uma articulação flexível e ligada a uma referida tubo repousado no fundo do mar e a extremidade superior é esticada por um flutuaPetição 870190039326, de 26/04/2019, pág. 5/18 dor imergido em subsuperfície ao qual está ligada, e- a vertical riser whose lower end is anchored to the seabed by means of a flexible joint and connected to a said tube resting on the seabed and the upper end is stretched by a floatPetition 870190039326, from 26/04/2019, p. 5/18 pain immersed in the subsurface to which it is attached, and
- um tubo de ligação, em geral, um tubo de ligação flexível, entre a extremidade superior da referida riser e um suporte flutuante em superfície, adaptando o referido tubo de ligação flexível, se for caso disso, pelo seu próprio peso, a forma de uma curva em catenária mergulhante, ou seja, que desce largamente abaixo do flutuador para subir, seguidamente, até ao referido suporte flutuante.- a connecting tube, in general, a flexible connecting tube, between the upper end of said riser and a floating surface support, adapting said flexible connecting tube, if necessary, by its own weight, to the shape of a curve in a plunging catenary, that is, which descends widely below the float to then rise up to the said floating support.
Conhecem-se, igualmente, ligações fundo-superfície realizadas ao fazer subir de modo contínuo, até à subsuperfície, tubo resistentes e rígidos constituídos por elementos tubulares de aço de forte espessura soldados ou aparafusados entre si, em configuração de catenária com uma curvatura continuamente variável em todo o seu comprimento em suspensão, geralmente chamados “Steel Catenary duto de interligação” (SCR) o que significa «duto de interligação em aço na forma de catenária» e, também, geralmente chamados «tubo rígido do tipo catenária» ou «duto de interligação do tipo SCR».Also known are bottom-to-surface connections made by continuously raising to the subsurface, sturdy and rigid tubes made up of tubular steel elements of strong thickness welded or screwed together, in a catenary configuration with a continuously variable curvature over its entire length in suspension, generally called “Steel Catenary interconnection duct” (SCR) which means “steel interconnection duct in the form of catenary” and also generally called “rigid tube of the catenary type” or “duct type SCR interconnection system '.
Um tal tubo catenário pode subir até ao suporte flutuante em superfície ou apenas até um flutuador em subsuperfície que aplique uma tensão à sua extremidade superior, a qual extremidade superior é, então, ligada a um suporte flutuante por um tubo de ligação flexível mergulhante.Such a catenary tube can rise up to the surface floating support or just to a subsurface float that applies a tension to its upper end, which upper end is then connected to a floating support by a flexible dip connection tube.
As duto de interligaçãos catenárias de configuração reforçada são descritas no documento WO 03/102350 da requerente.The reinforced configuration catenary interconnection ducts are described in applicant's document WO 03/102350.
No documento WO 00/49267, propôs-se, como tubo de ligação entre a duto de interligação, cuja parte superior é submetida à aplicação de tensão por um flutuador imergido em superfície e o suporte flutuante, tubos rígidos de tipo SCR e instala-se o flutuador na cabeça da duto de interligação a uma maior distância da superfície, nomeadamente a, pelo menos, 300 m da superfície, de um modo preferido, pelo menos, 500 m.In WO 00/49267, it was proposed, as a connection tube between the interconnection duct, the upper part of which is subjected to the application of tension by a float immersed in the surface and the floating support, rigid tubes of the SCR type and installed the float at the head of the interconnection duct at a greater distance from the surface, namely at least 300 m from the surface, preferably at least 500 m.
No documento WO 00/49267 da requerente, descreveu-se uma torre híbrida múltipla compreendendo um sistema de ancoragem com um tendão vertical constituído quer por um cabo, quer por uma barra metálica, quer, ainda, por um tubo esticado pela sua extremidade superior por um flutuador. A extremidade inferior do tendão é fixa a uma base repousada no fundo. O referido tendão compreende meios de orientação repartidos sobre todo o seu comprimento através dos quais passa uma pluralidade de referidas duto de interligaçãos verticais. A referida base pode ser simplesmente colocada no fundo do mar e permanecer no lugar pelo seu próprio peso ou continuar ancorada por meio de pilhas ou qualquer outro dispositivo adaptado a mantê-la no lugar. No documento WO 00/49267, a extremidade inferior da duto de interligação vertical está apta a ser ligada à extremidade de uma manga curvada, móvel, entre uma posição elevada e uma posição baixa, em relação à referida base, na qual esta manga suspensa está associada a um meio de tração que a conduz para a posição elevada na ausência da duto de interligação. Esta mobilidade da manga curvada permite absorver as variações de comprimento da duto de interligação sob os efeitos da temperatura e da pressão. Na cabeça da duto de interligação vertical, um dispositivo de batente, solidário com esta, apoia-se sobre o guia suporte instalado na cabeça do flutuador e mantém, assim, a totalidade da duto de interligação em suspensão.In applicant's document WO 00/49267, a multiple hybrid tower was described, comprising an anchoring system with a vertical tendon consisting of either a cable or a metal bar, or a tube stretched by its upper end by a float. The lower end of the tendon is attached to a base resting on the bottom. Said tendon comprises guidance means distributed over its entire length through which a plurality of said vertical interconnection duct passes. Said base can simply be placed on the seabed and remain in place by its own weight or remain anchored by means of batteries or any other device adapted to keep it in place. In WO 00/49267, the lower end of the vertical interconnection duct is able to be connected to the end of a curved, movable sleeve, between an elevated and a low position, in relation to said base, on which this suspended sleeve is associated with a means of traction that leads it to the elevated position in the absence of the interconnection duct. This mobility of the curved sleeve allows to absorb variations in the length of the interconnection duct under the effects of temperature and pressure. At the head of the vertical interconnection duct, a stop device, attached to it, rests on the support guide installed on the float head and thus keeps the entire interconnection duct in suspension.
A ligação com o tubo submarino repousado no fundo do mar é, em geral, efectuada por uma porção de tubo na forma de rabo de porco ou em forma de S, sendo o referido S, então, realizado num plano quer vertical quer horizontal, sendo a ligação com a referido tubo submarino, em geral, realizada através de um conector automático.The connection with the underwater tube resting on the seabed is, in general, made by a portion of tube in the form of a pig's tail or in the form of an S, the said S being then carried out in either a vertical or horizontal plane, being the connection with said submarine tube, in general, carried out through an automatic connector.
A instalação desta forma de realização compreendendo uma multiplicidade de duto de interligaçãos mantidas por uma estrutura central compreendendo meios de orientação é relativamente dispendiosa e complexa. Por outro lado, a instalação deve ser pré-fabricada em terra antes de ser rebocada no mar e, seguidamente, depois de chegar ao local, voltada para ser instalada. Além disso, a sua manutenção requer, igualmente, custos de exploração relativamente elevados.The installation of this embodiment comprising a multiplicity of interconnection duct maintained by a central structure comprising guidance means is relatively expensive and complex. On the other hand, the installation must be prefabricated on land before being towed at sea and then, after arriving at the site, turned to be installed. In addition, its maintenance also requires relatively high operating costs.
Além disso, pelo fato do petróleo bruto ser encaminhado ao longo de distâncias muito grandes, vários quilômetros, deve ser dotado com um nível de isolamento extremo dispendioso para, por um lado, minimizar o aumento de viscosidade que conduziría a uma redução da produção horária dos poços e, por outro lado, evitar o bloqueio do escoamento por depósito de parafina ou formação de hidratos quando a temperatura desce para valores próximos de 30-40 °C. Estes últimos fenômenos são ainda mais críticos, particularmente na África Ocidental, onde a temperatura do fundo do mar é de, aproximadamente, 4 °C e os petróleos brutos são do tipo parafínicos.In addition, because crude oil is routed over very long distances, several kilometers, it must be provided with an expensive level of extreme insulation to, on the one hand, minimize the increase in viscosity that would lead to a reduction in hourly production of wells and, on the other hand, avoid blocking the flow by paraffin deposit or hydrate formation when the temperature drops to values close to 30-40 ° C. These latter phenomena are even more critical, particularly in West Africa, where the seabed temperature is approximately 4 ° C and crude oils are paraffinic.
É, por conseguinte, desejável que as ligações fundo-superfície tenham comprimentos reduzidos e, por conseguinte, que o espaço ocupado pelas diferentes ligações ligadas a um mesmo suporte flutuante seja limitado.It is, therefore, desirable that the bottom-to-surface connections have short lengths and, therefore, that the space occupied by the different connections connected to the same floating support is limited.
É por esse motivo que se deseja proporcionar instalações aptas a explorar, desde um mesmo suporte flutuante, uma pluralidade de ligações fundo-superfície de tipo torrehíbrida com um volume reduzido e mais simples de instalar e podendo ser fabricadas no mar desde um navio de instalação de tubo.It is for this reason that it is desired to provide installations capable of exploiting, from the same floating support, a plurality of bottom-to-surface connections of a hybrid type with a reduced volume and simpler to install and which can be manufactured at sea from an installation vessel. pipe.
No documento WO 02/066786 e WO 2003/095788, descreveram-se instalações de torres híbridas que necessitam da aplicação de articulações flexíveis entre a duto de interligação vertical e a base porque as variações angulares, geradas pelos movimentos do FPSO e pela ação da ondulação e da corrente sobre os tubos e sobre o flutuador que aplicam uma tensão à porção vertical de tubo, são importantes, atingindo 5 a 10° e estas variações impedem a utilização de uma ligação rígida encaixada na referida base. Estas articulações flexíveis são muito delicadas e a sua fabricação é dispendiosa porque são constituídas por empilhamentos de camadas de elastômero e de reforços em aço e devem resistir à fadiga durante toda a vida das instalações que excede 20-25 anos ou mesmo mais. Além disso, a presença do flutuador cria uma descontinuidade de tensão ao nível de peça em pescoço de cisne, na interface entre o tubo rígido sensivelmente vertical e a tubo flexível em configuração de catenária, o que prejudica a estabilidade global ao nível da referida interface e afeta a resistência mecânica da instalação.In WO 02/066786 and WO 2003/095788, installations of hybrid towers that require the application of flexible joints between the vertical interconnection duct and the base were described because the angular variations, generated by the movements of the FPSO and the action of the undulation and the chain over the tubes and the float that apply a tension to the vertical portion of the tube, are important, reaching 5 to 10 ° and these variations prevent the use of a rigid connection fitted to said base. These flexible joints are very delicate and costly to manufacture because they consist of stacks of layers of elastomer and steel reinforcements and must withstand fatigue throughout the life of installations that exceed 20-25 years or even more. In addition, the presence of the float creates a discontinuity of tension at the level of a gooseneck, at the interface between the substantially vertical rigid tube and the flexible tube in catenary configuration, which impairs the overall stability at the level of that interface and affects the mechanical strength of the installation.
No documento WO 02/103153, procurou-se fornecer uma instalação que pudesse ser fabricada integralmente em terra, nomeadamente no que se refere à montagem dos tubos rígidos repousados no fundo do mar e às duto de interligaçãos verticais que asseguram a ligação fundo-superfície. Por outro lado, no documento WO 02/103153, procurou-se implementar uma instalação cuja colocação no fundo do mar não necessitasse de nenhuma junta flexível articulada na parte inferior da torre. Para o efeito, o tubo submarino repousado no fundo do mar é ligada à referida duto de interligação vertical por um elemento de tubo flexível mantido por uma base repousada no fundo do mar. A união da extremidade inferior da duto de interligação vertical e da extremidade do tubo repousado no fundo do mar, por intermédio do referido elemento de tubo flexível solidário e mantido pela referida base, é pré-montada em terra antes de ser rebocada no mar e depositada no fundo do mar onde a referida base é, seguidamente, ancorada. No entanto, esta forma de realização apresenta alguns inconvenientes porque este sistema de ancoragem necessita, para a fase de reboque e de querenagem, de elementos de flutuabilidade consideráveis para equilibrar o peso acima da linha de flutuação da referida estrutura base e os elementos de ligação flexíveis são submetidos a uma fadiga importante durante todo o tempo de vida das instalações que atinge e excede 25-30 anos.In WO 02/103153, an attempt was made to provide an installation that could be manufactured entirely on land, namely with regard to the assembly of rigid tubes resting on the seabed and the vertical interconnection ducts that ensure the bottom-to-surface connection. On the other hand, in WO 02/103153, an attempt was made to implement an installation whose placement on the seabed did not require any flexible articulated joint at the bottom of the tower. For this purpose, the underwater tube resting on the seabed is connected to said vertical interconnection duct by a flexible tube element maintained by a base resting on the seabed. The connection of the lower end of the vertical interconnection duct and the end of the tube resting on the seabed, by means of the said flexible tube element and maintained by said base, is pre-assembled on land before being towed into the sea and deposited on the seabed where the base is then anchored. However, this embodiment has some disadvantages because this anchoring system requires considerable buoyancy elements for the towing and curling phase to balance the weight above the waterline of said base structure and the flexible connection elements they are subjected to major fatigue throughout the life of the facilities that reach and exceed 25-30 years.
Além disso, em todas as instalações descritas na técnica anterior supracitada, a duto de interligação vertical é esticada por um flutuador em subsuperfície e a ligação entre a duto de interligação vertical e o suporte flutuante faz-se por um tubo flexível em configuração de catenária mergulhante, cuja extremidade está ligada à extremidade superior da referida duto de interligação vertical por um dispositivo em pescoço de cisne. Este modo de ligação da extremidade superior da duto de interligação vertical com o suporte flutuante apresenta determinados inconvenientes em termos de resistência mecânica, ao nível da descontinuidade de tensão criada pela peça de ligação em pescoço de cisne e devido à aplicação de tensão à duto de interligação vertical por um flutuador muito volumoso, sendo este último submetido à ação das correntes e da ondulação, o que gera, para este tipo de ligação, variações angulares da parte superior da duto de interligação, muito importantes, refletindo-se estas últimas na base da duto de interligação, ao nível da articulação flexível assim fortemente solicitada.In addition, in all installations described in the aforementioned prior art, the vertical interconnection duct is stretched by a subsurface float and the connection between the vertical interconnection duct and the floating support is made by a flexible tube in a plunging catenary configuration. , whose end is connected to the upper end of said vertical interconnection duct by a gooseneck device. This way of connecting the upper end of the vertical interconnection duct with the floating support presents certain drawbacks in terms of mechanical resistance, in terms of the discontinuity of tension created by the gooseneck connection piece and due to the application of tension to the interconnection duct. vertical by a very bulky float, the latter being subjected to the action of currents and undulation, which generates, for this type of connection, very important angular variations of the upper part of the interconnection duct, the latter reflecting at the base of the interconnection product, at the level of the flexible articulation so strongly requested.
No documento GB-2024766, descreve-se uma duto de interligação vertical ligada a um tubo flexível em configuração de catenária merguIhante, apresentando a extremidade de tubo flexível ligada à referida duto de interligação uma curvatura imposta por uma calha de seção vertical de forma circular repousada na parte superior de um flutuador de forma tórica, funcionando, a referida calha, como pescoço de cisne e evitando raios de curvatura demasiado reduzidos que podem conduzir a um esmagamento do referido tubo flexível. Esta forma de realização não permite evitar um desgaste do tubo flexível ao nível da sua interação com a referida calha, o que afeta a Habilidade intrínseca da ligação entre a duto de interligação vertical e o tubo flexível em termos de resistência mecânica ao longo do tempo.GB-2024766 describes a vertical interconnection duct connected to a flexible tube in a dipping catenary configuration, with the end of the flexible tube connected to the said interconnection duct having a curvature imposed by a vertical cross-section with a rested circular shape. in the upper part of a toric-shaped float, the said trough, functioning as a swan neck and avoiding radii of curvature that are too small, which can lead to the crushing of said flexible tube. This embodiment does not allow the wear of the flexible pipe to be avoided in terms of its interaction with the said rail, which affects the intrinsic ability of the connection between the vertical interconnection duct and the flexible pipe in terms of mechanical resistance over time.
Um objetivo da presente invenção é, por conseguinte, proporcionar uma instalação de ligações fundo-superfície com torres híbridas, de volume reduzido, de colocação simples e podendo ser fabricada no mar desde um navio de instalação de tubo, mas cujo sistema de ancoragem tem uma grande resistência e um custo reduzido e cujos métodos de fabricação e colocação dos diferentes elementos constitutivos são simplificados e, igualmente, de custo reduzido, podendo ser realizados no mar, igualmente, desde um navio de instalação.An objective of the present invention is, therefore, to provide an installation of bottom-to-surface connections with hybrid towers, of reduced volume, of simple placement and can be manufactured at sea from a pipe installation vessel, but whose anchoring system has a great resistance and a reduced cost and whose methods of manufacture and placement of the different constituent elements are simplified and, also, of reduced cost, being able to be carried out at sea, also, from an installation vessel.
Um outro objetivo é proporcionar uma instalação que não requer a aplicação de articulações flexíveis, nomeadamente na base da duto de interligação vertical.Another objective is to provide an installation that does not require the application of flexible joints, namely at the base of the vertical interconnection duct.
Um outro objetivo da presente invenção é proporcionar uma instalação de ligação fundo-superfície, tal como descrita acima, que requer a aplicação de um único elemento de ligação, nomeadamente, um único conector automático, entre a extremidade inferior da duto de interligação vertical e a extremidade do tubo repousado no fundo do mar.Another objective of the present invention is to provide a bottom-to-surface connection installation, as described above, which requires the application of a single connection element, namely, a single automatic connector, between the lower end of the vertical interconnection duct and the end of the tube resting on the seabed.
Para o efeito, a presente invenção proporciona uma instalação de ligação fundo-superfície, nomeadamente a grande profundidade, superior a 1000 m, compreendendo:For this purpose, the present invention provides a bottom-to-surface connection installation, namely at great depth, exceeding 1000 m, comprising:
a - pelo menos, um tubo rígido ascendente, sensivelmente vertical, designada duto de interligação vertical, fixa na sua extremidade inferior a um dispositivo de ancoragem no fundo de mar, e b - pelo menos, um tubo de ligação flexível que assegura a ligação entre um suporte flutuante e a extremidade superior da referida duto de interligação vertical, c - uma extremidade do referido tubo flexível é ligado diretamente, de um modo preferido, por um sistema de flanges, na extremidade superior da referida duto de interligação vertical, e d - a extremidade inferior da referida duto de interligação vertical compreende um elemento de tubo terminal que forma uma peça de transição de inércia cuja variação da inércia é tal que a inércia do referido elemento de tubo terminal, na sua extremidade superior, é sensivelmente idêntica à do elemento de tubo da seção principal da duto de interligação vertical à qual está ligada, aumentando a referida inércia do elemento de tubo terminal, progressivamente, até à extremidade inferior da referida peça de transição de inércia, compreendendo uma primeira flange de fixação que permite o encaixe da extremidade inferior da referida duto de interligação vertical ao nível do referido dispositivo de ancoragem no fundo do mar, caracterizada por:a - at least one rigid riser, substantially vertical, called a vertical interconnection duct, fixed at its lower end to an anchoring device on the seabed, and b - at least one flexible connection tube that ensures the connection between a floating support and the upper end of said vertical interconnection duct, c - one end of said flexible tube is preferably directly connected by a flange system, at the upper end of said vertical interconnection duct, and d - the end The bottom of said vertical interconnection duct comprises an end tube element which forms a transition piece of inertia whose variation in inertia is such that the inertia of said end tube element, at its upper end, is substantially identical to that of the tube element of the main section of the vertical interconnection duct to which it is connected, increasing said inertia of element d and terminal tube, progressively, to the lower end of said inertial transition piece, comprising a first fixing flange which allows the lower end of said vertical interconnection duct to be fitted at the level of said anchoring device on the seabed, characterized per:
- uma parte terminal do tubo flexível, no lado da sua junção à extremidade superior da referida duto de interligação, apresentar uma flutuabilidade positiva e, pelo menos, a parte superior da referida duto de interligação vertical apresentar, igualmente, uma flutuabilidade positiva, de modo que as flutuabilidades positivas da referida parte terminal do tubo flexível e da referida parte superior da duto de interligação vertical permitem a aplicação de tensão à referida duto de interligação numa posição sensivelmente vertical e o alinhamento ou a continuidade de curvatura entre a extremidade da referida parte terminal do tubo flexível e a parte superior da referida duto de interligação vertical ao nível da sua ligação, sendo a referida flutuabilidade positiva introduzida por uma pluralidade de flutuadores periféricos coaxiais, regularmente espaçados e/ou por um revestimento contínuo de material de flutuabilidade positiva, e- a terminal part of the flexible tube, on the side of its junction with the upper end of said interconnection duct, has positive buoyancy and at least the upper part of said vertical interconnection duct also has positive buoyancy, so whereas the positive buoyancy of said end part of the flexible tube and said upper part of the vertical interconnection duct allows the application of tension to said interconnection duct in a substantially vertical position and the alignment or continuity of curvature between the end of said end part the flexible tube and the upper part of said vertical interconnection duct at the level of its connection, said positive buoyancy being introduced by a plurality of coaxial peripheral floats, regularly spaced and / or by a continuous coating of positive buoyancy material, and
- a referida parte terminal de tubo flexível apresentando uma flutuabilidade positiva se estender por uma parte do comprimento total do tubo flexível, pelo que o tubo flexível apresenta uma configuração em S, apresentando uma primeira porção de tubo flexível do lado do referido suporte flutuante uma curvatura côncava na forma de catenária com configuração de catenária mergulhante e apresentando a referida parte terminal restante da referido tubo flexível uma curvatura convexa em forma de catenária invertida devido à sua flutuabilidade positiva, estando a extremidade da referida parte terminal de tubo flexível, ao nível da extremidade superior da referida duto de interligação, situada, de um modo preferido, por cima e sensivelmente no alinhamento do eixo 7-\L \ da referida duto de interligação, na sua extremidade superior.- said flexible tube end part having positive buoyancy extends for a part of the total length of the flexible tube, whereby the flexible tube has an S-shape, with a first flexible tube portion on the side of said floating support a curvature concave in the form of a catenary with a plunging catenary configuration and with the said remaining end part of said flexible tube having a convex curvature in the form of inverted catenary due to its positive buoyancy, the end of said end part of flexible tube being at the end level top of said interconnection duct, preferably located above and substantially in alignment of the 7- \ L \ axis of said interconnection duct, at its upper end.
Utiliza-se, aqui, o termo “duto de interligação vertical” para dar conta da posição teórica da duto de interligação quando esta está em repouso, devendo compreender-se que o eixo da duto de interligação pode apresentar movimentos angulares em relação à vertical e deslocar-se segundo um cone de ângulo α cujo vértice corresponde ao ponto de fixação da extremidade inferior da duto de interligação na referida base. A extremidade superior da referida duto de interligação vertical pode ser ligeiramente curvada. Entende-se, por conseguinte, por «parte terminal de tubo flexível sensivelmente no alinhamento do eixo Z-iZ) da referida duto de interligação superior» que a extremidade da curva de catenária invertida do referido tubo flexível é sensivelmente tangente à extremidade da referida duto de interligação vertical. Em qualquer caso, na continuidade de variação de curvatura, ou seja, sem ponto singular, no sentido matemático.Here, the term “vertical interconnection duct” is used to account for the theoretical position of the interconnection duct when it is at rest, and it should be understood that the axis of the interconnection duct can present angular movements in relation to the vertical and move according to a cone with angle α whose apex corresponds to the point of attachment of the lower end of the interconnection duct on said base. The upper end of said vertical interconnection duct can be slightly curved. Therefore, it is understood that the "end of the flexible tube substantially in alignment with the axis Z-iZ) of said upper interconnecting duct" that the end of the inverted catenary curve of said flexible tube is substantially tangent to the end of said duct vertical interconnection. In any case, in the continuity of curvature variation, that is, without a singular point, in the mathematical sense.
Entende-se, aqui, por “inércia”, o momento de inércia do referido elemento de tubo de transição de inércia em relação a um eixo perpendicular ao eixo do referido elemento de tubo de transição de inércia, o qual reflete a rigidez em flexão em cada um dos planos perpendiculares ao eixo XX' de simetria do referido elemento de tubo, sendo este momento de inércia proporcional ao produto da seção de matéria pelo quadrado do seu afastamento em relação ao referido eixo do elemento de tubo.Here, "inertia" means the moment of inertia of said inertial transition tube element in relation to an axis perpendicular to the axis of said inertial transition tube element, which reflects the flexural stiffness in each of the planes perpendicular to the axis XX 'of symmetry of said tube element, this moment of inertia being proportional to the product of the section of matter by the square of its distance from said axis of the tube element.
Entende-se por “continuidade de curvatura” entre a extremidade superior da duto de interligação vertical e a parte flexível apresentando uma flutuabilidade positiva, que a referida variação de curvatura não apresenta ponto singular, tal como uma variação brusca do ângulo de inclinação da sua tangente ou um ponto de inflexão.It is understood by “continuity of curvature” between the upper end of the vertical interconnection duct and the flexible part presenting a positive buoyancy, that said curvature variation does not present a singular point, such as a sudden variation in the angle of inclination of its tangent or an inflection point.
De um modo preferido, a inclinação da curva formada pelo tubo flexível é tal que, a inclinação da sua tangente em relação ao eixo ΖΊΖ\ da parte superior da referida duto de interligação vertical aumenta contínua e progressivamente desde o ponto de ligação entre a extremidade superior da duto de interligação vertical e a extremidade da referida parte terminal de tubo flexível de flutuabilidade positiva, sem ponto de inflexão e sem ponto de inversão de curvatura.Preferably, the slope of the curve formed by the flexible tube is such that the slope of its tangent in relation to the axis Ζ Ί Ζ \ of the upper part of said vertical interconnection duct increases continuously and progressively from the point of connection between the upper end of the vertical interconnection duct and the end of said positive floating buoyancy end part, with no inflection point and no curvature reversal point.
A instalação de acordo com a presente invenção permite, por conseguinte, evitar a aplicação de tensão à duto de interligação vertical por um flutuador em superfície ou subsuperfície, no qual a sua extremidade superior estaria suspensa, por um lado e, por outro lado, evitar a ligação o referido tubo flexível mergulhante através de um dispositivo de pescoço de cisne, tal como existente na técnica anterior. Daí resulta, não somente, uma maior fiabilidade intrínseca em termos de resistência mecânica no tempo da ligação entre a duto de interligação vertical e o tubo flexível, porque os dispositivos de tipo pescoço de cisne são frágeis, mas, sobretudo, este tipo de instalação confere uma estabilidade acrescida em termos de variação angular (y) do ângulo de excursão da extremidade superior da duto de interligação vertical em relação a uma posição teórica de repouso vertical, porque esta variação angular é reduzida, na prática, a um ângulo máximo que não excede 5o, na prática, aproximadamente 1 a 4o com a instalação de acordo com a invenção, enquanto nas formas de realização da técnica anterior, a excursão angular podia atingir 5 a 10° ou mesmo mais.The installation according to the present invention therefore prevents the application of tension to the vertical interconnection duct by a float on the surface or subsurface, in which its upper end would be suspended, on the one hand and, on the other hand, avoid connecting said plunging flexible tube through a gooseneck device, as existing in the prior art. This results not only in greater intrinsic reliability in terms of mechanical resistance in the time of connection between the vertical interconnection duct and the flexible tube, because the devices of the swan neck type are fragile, but, above all, this type of installation confers an increased stability in terms of the angular variation (y) of the excursion angle of the upper end of the vertical interconnection duct in relation to a theoretical vertical rest position, because this angular variation is reduced, in practice, to a maximum angle that does not exceed 5 o , in practice, approximately 1 to 4 o with the installation according to the invention, while in the prior art embodiments, the angular excursion could reach 5 to 10 ° or even more.
Outra vantagem da presente invenção deriva do fato de, devido a esta reduzida variação angular da extremidade superior da duto de interligação vertical, ser possível realizar, ao nível da sua extremidade inferior, um encaixe rígido sobre uma base repousada no fundo do mar, sem recorrer a uma peça de transição de inércia de dimensão demasiado considerável e, por conseguinte, demasiado dispendiosa. É, por conseguinte, possível evitar a aplicação de uma articulação flexível, nomeadamente do tipo rótula esférica flexível, na medida em que a junção entre a extremidade inferior da duto de interligação e o referido encaixe compreende uma peça de transição de inércia.Another advantage of the present invention derives from the fact that, due to this reduced angular variation of the upper end of the vertical interconnection duct, it is possible to perform, at the level of its lower end, a rigid fitting on a base resting on the seabed, without resorting to a transition piece of inertia that is too considerable and therefore too expensive. It is, therefore, possible to avoid the application of a flexible joint, in particular of the flexible ball joint type, as the junction between the lower end of the interconnection duct and said fitting comprises a transition piece of inertia.
As flutuabilidades positivas da duto de interligação e do tubo flexível podem ser introduzidas de modo conhecida por flutuadores periféricos coaxiais envolvendo os referidos tubos ou, de um modo preferido, tratandose do tubo rígido da duto de interligação vertical, por um revestimento de material de flutuabilidade positiva constituindo, de um modo preferido e igualmente, um material isolante, tal como espuma sintática, sob a forma de um invólucro envolvendo o referido tubo. Estes elementos de flutuabilidade resistentes a pressões muito fortes, ou seja, a pressões de cerca de 10 MPa por fração de 1000 m de água, são conhecidos pelo especialista na técnica e são disponibilizados pela Firma BALMORAL (RU).The positive buoyancy of the interconnecting duct and the flexible tube can be introduced in a known manner by coaxial peripheral floats surrounding said tubes or, preferably, treating the rigid tube of the vertical interconnection duct, by a coating of positive buoyancy material. preferably and equally constituting an insulating material, such as syntactic foam, in the form of a wrapper surrounding said tube. These buoyancy elements that are resistant to very strong pressures, that is, pressures of about 10 MPa per 1000 m of water, are known to the person skilled in the art and are available from the BALMORAL (UK) firm.
Mais particularmente, a flutuabilidade positiva será repartida, regular e uniformemente, sobre o conjunto do comprimento da referida parte 10a terminal do tubo flexível e sobre, pelo menos, a referida parte 9b superior do referido tubo rígido.More particularly, the positive buoyancy will be distributed, evenly and evenly, over the entire length of said end portion 10a of the flexible tube and over at least said upper part 9b of said rigid tube.
De um modo preferido, para dar o máximo de flexibilidade ao conjunto da ligação fundo-superfície, a referida parte terminal do tubo flexível apresentando uma flutuabilidade positiva estende-se por um comprimento de 30 a 60% do comprimento total do tubo flexível, de um modo preferido, cerca de metade do comprimento total do referido tubo flexível.Preferably, in order to give maximum flexibility to the bottom-to-surface connection assembly, said end part of the flexible tube having positive buoyancy extends over a length of 30 to 60% of the total length of the flexible tube, from one preferably, about half the total length of said flexible tube.
Mais particularmente, o referido tubo flexível apresenta uma flutuabilidade positiva sobre um comprimento que corresponde de 30 a 60% do seu comprimento total, de um modo preferido, cerca de metade do seu comprimento total.More particularly, said flexible tube has positive buoyancy over a length corresponding to 30 to 60% of its total length, preferably about half of its total length.
A parte de tubo flexível mergulhante, ou seja, de flutuabilidade negativa poderá ser tanto mais curta quanto a ancoragem do suporte flutu11 ante em superfície será rígida.The part of flexible dipping tube, that is, of negative buoyancy, may be all the shorter as the anchoring of the floating support11 on the surface will be rigid.
Mais particularmente, para dar ao conjunto da ligação fundosuperfície a flexibilidade adequada, a referida flutuabilidade positiva exercida sobre a parte terminal do tubo flexível e, pelo menos, a parte superior da duto de interligação, deve exercer uma tensão vertical sobre a fundação na extremidade inferior do referido tubo rígida em função da profundidade de água de acordo com a formulação seguinte: F = kH, sendo F a referida tensão vertical expressa em toneladas, H a referida profundidade expressa em metros e k um fator compreendido entre 0,15 e 0,05, de um modo preferido, igual a cerca de 0,1.More particularly, in order to give the bottom-surface connection assembly adequate flexibility, said positive buoyancy exerted on the terminal part of the flexible tube and at least the upper part of the interconnection duct, must exert a vertical tension on the foundation at the lower end of said rigid tube as a function of the water depth according to the following formulation: F = kH, where F is said vertical tension expressed in tons, H is the referred depth expressed in meters and k is a factor between 0.15 and 0.05 preferably equal to about 0.1.
Se a flutuabilidade positiva global for repartida uniforme e regularmente sobre todo o comprimento do tubo rígido e sobre uma referida parte terminal de tubo flexível, a referida flutuabilidade positiva deve permitir obter um impulso resultante vertical de 50 a 150 kg/m, ou seja, a referida flutuabilidade necessária deverá corresponder ao peso aparente do referido tubo rígida e referida parte terminal de tubo flexível adicionada com uma flutuabilidade adicional de 50 a 150 kg/m.If the overall positive buoyancy is distributed evenly and evenly over the entire length of the rigid tube and over a said end part of the flexible tube, said positive buoyancy must allow to obtain a resulting vertical impulse of 50 to 150 kg / m, that is, said necessary buoyancy should correspond to the apparent weight of said rigid pipe and said flexible pipe end part added with an additional buoyancy of 50 to 150 kg / m.
Numa forma de realização preferida de uma instalação de ligação fundo-superfície, esta compreende as características seguintes, segundo as quais:In a preferred embodiment of a bottom-to-surface connection installation, it comprises the following characteristics, according to which:
- a referida duto de interligação vertical está ligada, pela sua extremidade inferior, a, pelo menos, um tubo repousado no fundo do mar, e- said vertical interconnection duct is connected, at its lower end, to at least one tube resting on the seabed, and
- o referido dispositivo de ancoragem compreende um dispositivo de suporte e de ligação fixo a uma base colocada e ancorada no fundo do mar, e- said anchoring device comprises a support and connection device fixed to a base placed and anchored on the seabed, and
- o referido tubo repousado no fundo do mar compreende um primeiro elemento de tubo rígido terminal solidário com a referida base repousada no fundo do mar e o referido primeiro elemento de tubo terminal é mantido firmemente em relação à referida base, com, na sua extremidade, uma primeira parte de elemento de ligação, de um modo preferido, um elemento macho ou fêmea de um conector automático, e- said tube resting on the seabed comprises a first rigid end tube element integral with said base resting on the seabed and said first end tube element is held firmly in relation to said base, with, at its end, a first part of connecting element, preferably a male or female element of an automatic connector, and
- a referida primeira flange de fixação na extremidade inferior da referida peça de transição de inércia está fixa a uma segunda flange de fixação na extremidade de um segundo elemento de tubo rígido curvo, solidário com o referido dispositivo de suporte e de ligação fixo na referida base e suportando, de modo fixo e rígido, o referido segundo elemento de tubo rígido curvo, cuja outra extremidade compreende uma segunda parte de elemento de ligação complementar da referida primeira parte de elemento de ligação e ligada a esta quando o referido elemento de suporte e de ligação é fixo à referida base.- said first fixing flange at the lower end of said inertial transition piece is fixed to a second fixing flange at the end of a second curved rigid element, integral with said support and connection device fixed on said base and supporting, fixedly and rigidly, said second curved rigid tube element, the other end of which comprises a second part of connecting element complementary to said first part of connecting element and connected to it when said support and connection is fixed to said base.
Compreende-se que a geometria estática do referido primeiro elemento de tubo rígido na terminação do referido tubo repousado no fundo do mar, em relação à referida base e a geometria estática do referido segundo elemento de tubo rígido curvo, em relação ao referido dispositivo de suporte e ligação fixo à referida base, permitem posicionar as extremidades respectivas dos referidos, primeiro e segundo, elementos de tubos rígidos, de modo a facilitar a ligação das partes complementares de conectores automáticos depois de o dispositivo de suporte e ligação estar fixo na referida base.It is understood that the static geometry of said first rigid tube element at the termination of said tube resting on the seabed, in relation to said base and the static geometry of said second curved rigid element, in relation to said support device and fixed connection to said base, allow to position the respective ends of said, first and second, rigid tube elements, in order to facilitate the connection of complementary parts of automatic connectors after the support and connection device is fixed in said base.
Ainda, de um modo preferido, a instalação de ligação fundosuperfície apresenta as características segundo as quais:Also, preferably, the bottom surface connection installation has the characteristics according to which:
- a referida base é ancorada no fundo do mar por um primeiro pilar tubular que passa através de um orifício que atravessa a referida base, sendo o referido primeiro pilar enfiado no solo no fundo do mar e cooperando a sua parte superior com a base de modo a permitir a ancoragem da referida base, e- said base is anchored to the seabed by a first tubular pillar that passes through a hole that crosses said base, said first pillar being inserted into the ground at the bottom of the sea and cooperating its upper part with the base so to allow the anchoring of said base, and
- o referido dispositivo de suporte e ligação suportando o referido segundo elemento de tubo rígido curvo compreende um segundo pilar tubular, designado inserção tubular de ancoragem, inserido dentro do referido primeiro pilar tubular de ancoragem da referida base, compreendendo a referida base um dispositivo de bloqueio que retém a referida inserção tubular de ancoragem dentro do referido primeiro pilar tubular no caso de tração do referido segundo pilar tubular para cima.- said support and connection device supporting said second curved rigid tube element comprises a second tubular pillar, called tubular anchoring insert, inserted into said first tubular anchoring pillar of said base, said base comprising a locking device which retains said tubular anchoring insert within said first tubular pillar in the case of pulling up said second tubular pillar.
De um modo preferido, os referidos, primeiro e segundo, pilares são uniões de elementos unitários convencionais de tubos rígidas ou porções de elemento unitário de tubos rígidos, sendo o referido segundo pilar mais curto que o referido primeiro pilar.Preferably, said first and second pillars are joints of conventional unitary rigid tube elements or portions of unitary element of rigid tubes, said second pillar being shorter than said first pillar.
Este sistema de ancoragem da base e fixação do referido dispositivo de suporte e de ligação à extremidade inferior da referida peça de transição de inércia sobre a referida base é, particularmente, vantajoso pelas razões seguintes.This system of anchoring the base and fixing said support and connection device to the lower end of said transition piece of inertia on said base is particularly advantageous for the following reasons.
Em primeiro lugar, a combinação do primeiro pilar e inserção tubular de ancoragem constitui um sistema de orientação, que permite fazer coincidir as referidas primeiras partes de elemento de ligação e segunda parte de elemento de ligação com as extremidades, por um lado, do elemento de tubo terminal do tubo repousado no fundo do mar que está posicionado firmemente em relação à referida base e, por outro lado, da extremidade do referido elemento de tubo rígido posicionado firmemente em relação ao referido dispositivo de suporte.First, the combination of the first pillar and tubular anchoring insert constitutes a guiding system, which makes it possible to match said first connecting element parts and second connecting element part with the ends, on the one hand, of the end tube of the tube resting on the seabed which is positioned firmly in relation to said base and, on the other hand, of the end of said rigid tube element positioned firmly in relation to said support device.
Os esforços transversais ou esforços de cisalhamento que resultam do momento de flexão que se produz ao nível do fundo do mar, ao nível do encaixe da extremidade inferior da duto de interligação vertical ao nível da referida base, resultante das variações angulares da duto de interligação na sua extremidade superior, não são transmitidos à referida base, mas ao referido primeiro pilar de ancoragem, o qual se estende profundamente no fundo do mar por um comprimento de 30 a 70 m. Assim, é possível realizar uma referida base de volume e peso relativamente reduzidos, o que permite poder descê-la de um modo relativamente fácil desde a superfície, integralmente com o referido primeiro elemento de tubo terminal do tubo repousado no fundo do mar.The transverse stresses or shear stresses that result from the bending moment that occurs at the level of the seabed, at the level of the lower end of the vertical interconnection duct at the level of that base, resulting from the angular variations of the interconnection duct in the its upper end, are not transmitted to said base, but to said first anchoring pillar, which extends deep into the seabed for a length of 30 to 70 m. Thus, it is possible to make said base of relatively low volume and weight, which allows it to be able to descend relatively easily from the surface, integrally with said first tube end element of the tube resting on the seabed.
Mais particularmente, a referida inserção tubular de ancoragem é posicionada no eixo da referida peça de transição de inércia e o referido segundo elemento de tubo rígido suportado pelo referido dispositivo de suporte e de ligação é arqueado ou curvo de modo a que a referida primeira parte de elemento de ligação do tipo conector automático esteja separada lateralmente do resto do referido dispositivo de suporte e de ligação e a refe14 rida segunda parte de elemento de ligação do tipo conector automático, na extremidade do referido primeiro elemento de tubo rígido terminal do referido tubo repousado no fundo do mar, solidária com a referida base, esteja igualmente separada do orifício da referida base e do referido dispositivo de suporte e ligação cuja referida inserção de ancoragem está inserida dentro do referido primeiro pilar de ancoragem.More particularly, said tubular anchoring insert is positioned on the axis of said inertial transition piece and said second rigid tube element supported by said support and connector device is arched or curved so that said first part of connecting element of the automatic connector type is separated laterally from the rest of said support and connection device and said second part of connecting element of the automatic connector type, at the end of said first end rigid tube element of said tube resting on seabed, solidary with said base, is also separated from the hole of said base and from said support and connection device whose said anchoring insert is inserted inside said first anchoring pillar.
Nesta forma de realização, o referido primeiro elemento de tubo terminal do referido tubo repousado no fundo do mar pode, de um modo preferido, ser igualmente curvo, para coincidir corretamente com a extremidade do referido segundo elemento de tubo rígido curvo e permitir uma ligação fácil por um autômato submarino de tipo ROV no fundo do mar.In this embodiment, said first end tube element of said tube resting on the seabed can preferably be equally curved, to correctly match the end of said second curved rigid element and allow easy connection by an underwater ROV automaton on the seabed.
Mais particularmente ainda, o referido elemento de tubo de transição de inércia apresenta uma forma cilindro-cônica, em que:More particularly, said inertia transition tube element has a cylinder-conical shape, in which:
- a extremidade superior mais fina da peça de transição apresenta um diâmetro interno e uma espessura sensivelmente iguais ao diâmetro interno e espessura da extremidade inferior da referida duto de interligação vertical, à qual está fixa, e- the thinner upper end of the transition piece has an internal diameter and thickness substantially equal to the internal diameter and thickness of the lower end of said vertical interconnection duct, to which it is attached, and
- a extremidade inferior da peça de transição, do lado da referida primeira flange de fixação, apresenta um diâmetro interno sensivelmente igual ao da extremidade inferior da referida duto de interligação vertical, mas uma espessura superior, de um modo preferido igual a 3 a 10 vezes a da extremidade inferior da referida duto de interligação vertical.- the lower end of the transition piece, on the side of said first fixing flange, has an internal diameter substantially equal to that of the lower end of said vertical interconnection duct, but a greater thickness, preferably equal to 3 to 10 times that of the lower end of said vertical interconnection duct.
Estes elementos de tubo de transição de inércia podem medir de 15 a 50 m de comprimento. Mais particularmente, a parte cilíndrica estendendo-se por um comprimento de 3 a 5 m e a parte cônica sobre um comprimento de 10 a 47 m. A fabricação destas peças é muito dispendiosa porque devem ser realizadas com o auxílio de tubos muito espessos, mas de espessuras variáveis, unidas entre si e, seguidamente, maquinadas num torno de dimensões muito grandes para obter a forma cônica. A realização destas peças é muito dispendiosa porque, para obter um bom resultado, é necessário que o tubo montada por soldadura antes do acabamento à máquina seja perfeitamente retilínea e, além disso, os tornos aptos a maquinar com precisão peças de 20 a 30 m de comprimento são difíceis de encontrar e têm um custo operacional muito elevado.These inertia transition tube elements can measure from 15 to 50 m in length. More particularly, the cylindrical part extending from 3 to 5 m in length and the conical part extending from 10 to 47 m in length. The manufacture of these parts is very expensive because they must be carried out with the help of very thick tubes, but of variable thickness, joined together and then machined in a lathe of very large dimensions to obtain the conical shape. The production of these parts is very expensive because, in order to obtain a good result, it is necessary that the tube assembled by welding before finishing the machine is perfectly straight and, in addition, the lathes capable of precision machining of parts from 20 to 30 m in length. length are difficult to find and have a very high operating cost.
Em certos casos extremos, as peças de transição cilindrocônicas não podem ser fabricadas em aço e necessitam da utilização de titânio, o que aumenta ainda mais o custo e a complexidade.In certain extreme cases, cylindrical transition parts cannot be made of steel and require the use of titanium, which further increases the cost and complexity.
De acordo com outra característica original da presente invenção, o referido elemento de tubo terminal de transição de inércia compreende um elemento de tubo rígido principal e, pelo menos, uma, de um modo preferido, uma pluralidade n de elementos de tubo de reforço coaxiais dispostos coaxialmente em relação ao referido elemento de tubo principal, apresentando cada referido elemento de tubo de reforço um diâmetro interno superior ao diâmetro externo do elemento de tubo principal e, se for caso disso, ao(s) outro(s) elemento(s) de tubo de reforço que contém(contêm), sendo os diferentes elementos de tubo principal e o(s) elemento(s) de tubo de reforço posicionados com uma das suas extremidades situada no mesmo nível segundo a direção do eixo de simetria ZiZ\ dos referidos elementos de tubo e apresentando cada referido elemento de tubo de reforço um comprimento (hj, com i = 2 a n) inferior ao hi do elemento de tubo principal e, se for caso disso, ao dos outros elementos de tubo de reforço (hj_i) que contém, estando os espaços anulares (Di-di+i) entre os diferentes elementos de tubo preenchidos com um material de enchimento sólido e sendo os diferentes elementos (8b-8d) de tubo principal e tubo de reforço coaxiais fixos a uma mesma placa inferior constituída por uma referida primeira flange de fixação.According to another original feature of the present invention, said inertial transition end tube element comprises a main rigid tube element and at least one, preferably a plurality n of coaxial reinforcement tube elements arranged coaxially with respect to said main tube element, each said reinforcement tube element having an internal diameter greater than the outer diameter of the main tube element and, if applicable, the other (s) element (s) of reinforcement tube that contains (containing), the different main tube elements and the reinforcement tube element (s) positioned with one of its ends located on the same level according to the direction of the ZiZ \ axis of symmetry of those tube elements and each reinforcement tube element having a length (hj, with i = 2 an) less than the hi of the main tube element and, if applicable, that of the other elements s of reinforcement tube (hj_i) it contains, the annular spaces (Di-d i + i) being between the different tube elements filled with a solid filling material and the different elements (8b-8d) being the main tube and tube coaxial reinforcement bars fixed to the same bottom plate consisting of said first fixing flange.
De um modo vantajoso, de acordo com a invenção, o referido espaço anular é totalmente preenchido com um mesmo material sólido de enchimento compreendendo, de um modo preferido, um material elastômero, ainda de um modo preferido, à base de poliuretano, apresentando uma dureza shore superior ou igual a A50, ainda, de um modo preferido, de A50 a D70 e o referido elemento de transição de inércia está coberto por um material de cobertura elastômero resistente à corrosão, de um modo preferido, de tipo poliuretano, apresentando o referido elemento de tubo terminal de transição de inércia uma forma sensivelmente cilindro-cônica devido ao seu revestimento pelo referido material de cobertura.Advantageously, according to the invention, said annular space is completely filled with the same solid filler material, preferably comprising an elastomer material, still preferably, based on polyurethane, having a hardness shore greater than or equal to A50, still preferably from A50 to D70 and said inertial transition element is covered by a corrosion resistant elastomeric covering material, preferably of polyurethane type, having the said inertial transition end tube element a substantially cylinder-conical shape due to its coating by said cover material.
De acordo com a presente invenção, pelo fato de o espaço anular estar totalmente preenchido com um mesmo material de enchimento e o material de cobertura conferir uma forma cilindro-cônica à peça de transição, obtém-se uma variação contínua do diâmetro, em seção transversal, da peça e com um mesmo material de enchimento ao longo de toda a altura da peça de transição, de onde resulta uma variação de inércia progressiva e contínua, ou seja, sem descontinuidade de inércia. Além disso, a aplicação de um material de cobertura elastômero introduz uma proteção contra corrosão que garante maior longevidade à referida peça de transição, a qual é submetida a uma considerável tensão mecânica e apresentaria, sem esta proteção, uma longevidade reduzida.According to the present invention, because the annular space is completely filled with the same filling material and the covering material gives the transition piece a cylinder-conical shape, a continuous diameter variation is obtained, in cross section , of the part and with the same filler material along the entire height of the transition part, which results in a progressive and continuous variation of inertia, that is, without discontinuity of inertia. In addition, the application of an elastomeric covering material introduces corrosion protection that guarantees greater longevity to the said transition piece, which is subjected to considerable mechanical stress and would present, without this protection, a reduced longevity.
Compreende-se que o referido material de enchimento sólido deve apresentar uma resistência à compressão de modo a transferir os esforços de cisalhamento para o elemento de tubo de reforço de ordem superior «i+1» de modo proporcional à deformação de um referido elemento coaxial que contém, de ordem «i», sob o efeito de um esforço de flexão sofrido. Na prática, o material de enchimento sólido deve apresentar um coeficiente de Poisson de 0,3 a 0,49, de um modo preferido, de 0,4 a 0,45.It is understood that said solid filler material must have a compressive strength in order to transfer the shear forces to the reinforcement tube element of higher order «i + 1» proportionally to the deformation of said coaxial element that contains, of order "i", under the effect of a flexed effort. In practice, the solid filler material should have a Poisson's ratio of 0.3 to 0.49, preferably 0.4 to 0.45.
Este material de enchimento pode ser um elastômero, tal como uma borracha ou um poliuretano, sozinho ou em combinação com areia.This filling material can be an elastomer, such as rubber or polyurethane, alone or in combination with sand.
Compreende-se que este tipo de elemento de tubo de transição de inércia é vantajoso pela sua simplicidade de fabricação e, por conseguinte, muito menos dispendioso que os elementos de tubo apresentando uma peça de transição cilindro-cônica com parede de espessura variável da técnica anterior.It is understood that this type of inertial transition tube element is advantageous due to its simplicity of manufacture and, therefore, much less expensive than the tube elements presenting a cylinder-conical transition piece with wall of varying thickness of the prior art. .
De acordo com outras características específicas do referido elemento de tubo terminal de transição de inércia da presente invenção:According to other specific characteristics of said inertial transition end tube element of the present invention:
- por razões práticas de fabricação e de custo e também para aumentar a flexibilidade e, por conseguinte, a longevidade da peça de transição, o referido material de cobertura e o referido material de enchimento compreendem um mesmo material elastômero, de um modo preferido, à ba17 se de poliuretano.- for practical manufacturing and cost reasons and also to increase the flexibility and, therefore, the longevity of the transition piece, said covering material and said filling material comprise the same elastomer material, preferably at the same time. ba17 se of polyurethane.
- o referido material sólido de enchimento compreende um poliuretano de dureza shore A90 ou A95.- said solid filler material comprises a shore hardness polyurethane A90 or A95.
- o material sólido de enchimento compreende um elastômero carregado com material particulado, de um modo preferido, areia.- the solid filler material comprises an elastomer loaded with particulate material, preferably sand.
Numa variante de realização, o material sólido de enchimento apresenta-se sob a forma de um ligante hidráulico, tal como cimento, eventualmente carregado com material particulado, de um modo preferido, areia.In a variant of the embodiment, the solid filler material is in the form of a hydraulic binder, such as cement, optionally loaded with particulate material, preferably sand.
Numa outra forma de realização, o referido material sólido de enchimento apresenta-se sob a forma de material particulado, de um modo preferido, areia e/ou um ligante hidráulico, tal como cimento:In another embodiment, said solid filler material is in the form of particulate material, preferably sand and / or a hydraulic binder, such as cement:
- a diferença entre o diâmetro interno do referido elemento de tubo principal e o diâmetro externo do referido elemento de tubo de reforço de maior diâmetro é igual a 3 a 10 vezes a espessura do referido elemento de tubo principal e o número dos referidos elementos de reforço coaxiais é n = 2 a 4,- the difference between the inside diameter of said main pipe element and the outside diameter of said larger diameter reinforcement pipe element is equal to 3 to 10 times the thickness of said main pipe element and the number of said reinforcement elements coaxial values is n = 2 to 4,
- a diferença de comprimento entre os diferentes elementos de tubo de reforço coaxiais (hj,-hj+i) é sensivelmente constante e igual a (hj x n)- the difference in length between the different coaxial reinforcement tube elements (hj, -hj + i) is substantially constant and equal to (hj x n)
- o espaço anular entre dois dos referidos elementos de tubo é superior ou igual à espessura do referido elemento de tubo de menor espessura e inferior ou igual a duas vezes a espessura do referido elemento de tubo de maior espessura que delimita o referido espaço anular,- the annular space between two of said tube elements is greater than or equal to the thickness of said tube element of lesser thickness and less than or equal to twice the thickness of said tube element of greater thickness delimiting said annular space,
- o comprimento do referido elemento de tubo principal é de 10 a 50 m, de um modo preferido, de 20 a 30 m e compreende 2 ou 3 dos referidos elementos de reforço coaxiais,- the length of said main pipe element is 10 to 50 m, preferably 20 to 30 m and comprises 2 or 3 of said coaxial reinforcement elements,
- os referidos elemento de tubo principal e elementos de tubo de reforços coaxiais são constituídos, cada, pela totalidade ou parte de um elemento unitário de tubo convencional, nomeadamente tubo submarino convencional em aço, ou constituídos, cada, por vários elementos unitários de tubo convencional montados topo a topo e, de um modo preferido, mantidos coaxialmente por cunhas de centragem repartidas regularmente ao longo da sua direção longitudinal e sobre a seção circular nos seus espaços anulares.- said main tube element and coaxial reinforcement tube elements are each constituted by all or part of a unitary element of conventional tube, namely submarine tube conventional in steel, or each, constituted by several unitary elements of conventional tube mounted end to end and preferably maintained coaxially by centering wedges distributed evenly along their longitudinal direction and over the circular section in their annular spaces.
Uma vantagem importante da instalação de ligação fundosuperfície da presente invenção reside, igualmente, na simplicidade da sua colocação no fundo do mar.An important advantage of the bottom surface connection installation of the present invention also resides in the simplicity of its placement on the seabed.
A presente invenção proporciona, por conseguinte e igualmente, um método de colocação no fundo do mar de uma instalação de ligação fundo-superfície de acordo com a invenção, compreendendo as etapas sucessivas seguintes nas quais:The present invention therefore also provides a method of placing a bottom-surface connection installation according to the invention on the seabed, comprising the following successive steps in which:
1. desce-se, até ao fundo do mar, um referido dispositivo de ancoragem, e1. the anchor device is lowered to the bottom of the sea, and
2. desce-se um tubo rígido constituindo uma duto de interligação vertical, diretamente fixa, na sua extremidade superior, a uma extremidade do referido tubo flexível apresentando uma porção terminal de flutuabilidade positiva, sendo a outra extremidade do referido tubo flexível suspenso por um flutuador em subsuperfície, e2. a rigid tube is descended constituting a vertical interconnection duct, directly fixed, at its upper end, to an end of said flexible tube having a positive buoyancy end portion, the other end of said flexible tube being suspended by a float subsurface, and
3. fixa-se a extremidade inferior da referida peça de transição por encaixe ao nível do referido dispositivo de ancoragem, e3. the lower end of said transition piece is fixed by fitting at the level of said anchoring device, and
4. desloca-se a extremidade do referido tubo flexível suspenso no referido flutuador e fixa-se ou liga-se o mesmo a um referido suporte flutuante.4. the end of said flexible tube suspended in said float is displaced and fixed or connected to said floating support.
De um modo preferido, um método de colocação de uma instalação de ligação fundo-superfície de acordo com a invenção, compreende as etapas sucessivas seguintes, nas quais:Preferably, a method of placing a bottom-to-surface connection installation according to the invention, comprises the following successive steps, in which:
1. desce-se, até ao fundo do mar, uma referida base solidária com um referido primeiro elemento de tubo rígido, compreendendo a referida base um orifício de passagem e1. a solidary base is descended to the bottom of the sea with said first rigid tube element, said base comprising a through hole and
2. desce-se até ao fundo do mar um referido primeiro pilar tubular de ancoragem que se enfia no fundo do mar através do referido orifício da base, para ancorar a referida base no fundo do mar, e2. a first tubular anchoring pillar is lowered to the bottom of the sea, which is inserted into the bottom of the sea through said hole in the base, to anchor said base to the seabed, and
3. desce-se até ao fundo do mar, desde um navio de superfície, o referido tubo rígido constituindo a referida duto de interligação vertical, diretamente fixa, na sua extremidade superior, a um referido tubo flexível, sendo a referida peça de transição, na extremidade inferior da referida duto de interligação, fixa a um referido dispositivo de suporte e de ligação, suportando um referido segundo elemento de tubo rígido curvo, bem como uma referida inserção de ancoragem, e3. the rigid tube is descended to the bottom of the sea from a surface vessel, constituting said vertical interconnection duct, directly fixed, at its upper end, to said flexible tube, said transition piece being, at the lower end of said interconnection duct, attached to said support and connection device, supporting said second curved rigid tube element, as well as said anchoring insert, and
4. fixa-se o referido dispositivo de suporte e de ligação à referida base inserindo a referida inserção de ancoragem dentro do referido primeiro pilar tubular, e4. said support and connection device is fixed to said base by inserting said anchoring insert within said first tubular pillar, and
5. de um modo preferido, bloqueia-se a referida inserção de ancoragem dentro do referido primeiro pilar tubular através de um dispositivo de bloqueio, e5. preferably, said anchoring insert within said first tubular pillar is blocked by a locking device, and
6. realiza-se a ligação dos referidos primeiro elemento de tubo rígido curvo e segundo elemento de tubo rígido curvo, e6. the connection of said first curved rigid element and second curved rigid element is carried out, and
7. termina-se a descida do referido tubo flexível apresentando uma porção terminal de flutuabilidade positiva, com a outra extremidade do referido tubo flexível suspenso num flutuador em subsuperfície, e7. the descent of said flexible tube ends with a terminal portion of positive buoyancy, with the other end of said flexible tube suspended in a subsurface float, and
8. desloca-se e, seguidamente, fixa-se ou liga-se a outra extremidade do referido tubo flexível a um referido suporte flutuante.8. moves and then fixes or connects the other end of said flexible tube to said floating support.
Este método, de acordo com a invenção, é particularmente simples e, por conseguinte, vantajoso em termos de colocação. Esta simplicidade resulta do fato de a função de ancoragem na referida base ser satisfeita pela referida inserção de ancoragem, na face inferior do referido dispositivo de suporte e de ligação e por os momentos de flexão sofridos pela peça de transição de inércia serem absorvidos pelo primeiro pilar de ancoragem enfiado no fundo do mar e não pela referida base, de modo que é possível utilizar uma base com um peso e volume relativamente reduzidos.This method, according to the invention, is particularly simple and, therefore, advantageous in terms of placement. This simplicity results from the fact that the anchoring function on said base is satisfied by the said anchoring insert, on the underside of said support and connection device and by the bending moments suffered by the inertial transition piece being absorbed by the first pillar. of anchoring tucked into the seabed and not by said base, so that it is possible to use a base with a relatively low weight and volume.
Outras características e vantagens da presente invenção surgirão melhor à luz da descrição pormenorizada que se segue, feita de modo ilustrativo e não limitativo e recorrendo aos desenhos, nos quais:Other features and advantages of the present invention will appear better in the light of the following detailed description, made in an illustrative and non-limiting way and using drawings, in which:
- a figura 1 é uma vista lateral de uma instalação 1 de ligação fundo-superfície de acordo com a invenção compreendendo um tubo 9 rígido de tipo duto de interligação encaixado, na parte baixa, num primeiro pilar 6 que atravessa uma base 4 e ligada, na sua extremidade 9b superior, a um tubo 10 flexível flutuante sobre uma parte 10a terminal do seu comprimento, estando a outra extremidade do tubo ligado a um FPSO 12 (“Floating Production Storage Offloading”),figure 1 is a side view of a bottom-surface connection installation 1 according to the invention comprising a rigid interconnection duct-type tube 9, fitted, in the lower part, in a first pillar 6 that crosses a base 4 and is connected, at its upper end 9b, to a flexible tube 10 floating on a terminal part 10a of its length, the other end of the tube being connected to an FPSO 12 (“Floating Production Storage Offloading”),
- a figura 2A é uma vista lateral da instalação 1 de ligação fundosuperfície na sua base durante a colocação a partir de um navio 20 de trabalho,- figure 2A is a side view of the bottom surface connection installation 1 at its base during laying from a work vessel 20,
- a figura 2B é uma vista lateral da colocação de um referido primeiro pilar 6 de ancoragem numa base que suporta a extremidade de um tubo submarino repousado no fundo do mar,- figure 2B is a side view of placing said first anchoring pillar 6 on a base that supports the end of an underwater tube resting on the seabed,
- a figura 2C é uma vista lateral da extremidade inferior da duto de interligação 9 com uma peça 8 de transição de inércia ao nível da sua ligação com um dispositivo 5 de suporte e de ligação compreendendo uma inserção 5e tubular de ancoragem dentro do referido pilar 6 de ancoragem,figure 2C is a side view of the lower end of the interconnection duct 9 with an inertial transition piece 8 at the level of its connection with a support and connection device 5 comprising a tubular anchoring insert 5 within said pillar 6 anchoring,
- a figura 3 é uma vista lateral da instalação da ligação fundosuperfície, durante a colocação, após engate da inserção 5e de ancoragem no pilar 6 de ancoragem,- figure 3 is a side view of the installation of the deep surface connection, during placement, after engaging the anchoring insert 5e on the anchoring pillar 6,
- as figuras 3A e 3B representam, em vista lateral e em corte, duas variantes de base da ligação a um tubo repousado no fundo do mar de uma instalação de ligação fundo-superfície de acordo com a invenção,- figures 3A and 3B represent, in side and sectional view, two basic variants of the connection to a pipe resting on the seabed of a bottom-to-surface connection installation according to the invention,
- a figura 4 é uma vista em corte e em vista lateral de uma peça 8 de transição maciça em aço, de forma cônica, instalada na extremidade inferior da duto de interligação 9,- figure 4 is a cross-sectional and side view of a massive steel transition piece 8, conical in shape, installed at the lower end of the interconnection duct 9,
- as figuras 5A-5B-5C são vistas em corte e em vista lateral de uma versão preferida de realização de uma peça de transição constituída por empilhamentos de tubos de aço coaxiais, estando os interstícios preenchidos com materiais plásticos nas figuras 5B e 5C,- figures 5A-5B-5C are seen in cross-section and in side view of a preferred version of making a transition piece consisting of stacks of coaxial steel tubes, the interstices being filled with plastic materials in figures 5B and 5C,
- a figura 6 é um diagrama que ilustra a variação da inércia das peças de transição de acordo com a figura 5C.figure 6 is a diagram illustrating the variation of the inertia of the transition pieces according to figure 5C.
Na figura 1, representou-se uma instalação 1 de ligação fundosuperfície que liga um tubo 2 submarino repousado no fundo 3 do mar a um suporte 12 flutuante de tipo FPSO em superfície amarrado por linhas 12a de âncora.In figure 1, a bottom surface connection installation 1 is shown, which connects an underwater tube 2 resting on the seabed 3 to a floating support 12 of the FPSO type on a surface tied by anchor lines 12a.
Uma instalação de acordo com a invenção compreende, desde o suporte 12 em superfície até à uma base 4 no fundo do mar, os elementos seguintes:An installation according to the invention comprises, from support 12 on the surface to a base 4 on the seabed, the following elements:
a) um tubo 10 flexível compreendendo uma primeira parte 10b côncava que se estende desde a extremidade 10e do tubo flexível fixa ao suporte 12 flutuante até cerca de metade do tubo flexível, sob a forma de uma configuração em catenária mergulhante devida à sua flutuabilidade negativa, até um ponto de inflexão em 10d sensivelmente a metade de comprimento do tubo flexível, estendendo-se a parte 10a terminal desde o ponto 10d central de inflexão até à extremidade 10c do tubo flexível apresentando uma flutuabilidade positiva devido a uma pluralidade de flutuadores 10f, de um modo preferido, regularmente espaçados ao longo e em torno da referida porção 10a terminal de tubo flexível, ea) a flexible tube 10 comprising a first concave part 10b extending from the end 10e of the flexible tube attached to the floating support 12 to about half of the flexible tube, in the form of a dip catenary configuration due to its negative buoyancy, up to a point of inflection in 10d roughly half the length of the flexible tube, the terminal part 10a extending from the central point 10d of inflection to the end 10c of the flexible tube showing positive buoyancy due to a plurality of floats 10f, of preferably, evenly spaced along and around said flexible pipe end portion 10a, and
b) um tubo 9 rígido ascendente de aço ou «duto de interligação vertical» equipada com meios de flutuabilidade, não representados, tais como semi-invólucros de espuma sintática repartidos, de um modo preferido, uniformemente sobre a totalidade ou parte do comprimento do referido tubo rígido e compreendendo, na sua extremidade inferior, uma peça 8 de transição de inércia equipada com uma primeira flange 9a de fixação na sua extremidade inferior. A primeira flange 9a de fixação é fixa a uma segunda flange 5a de fixação que constitui a parte superior de um dispositivo 5 de suporte e ligação, este mesmo ancorado a um primeiro pilar 6 solidário com a base 4 repousada no fundo do mar, permitindo o referido dispositivo 5 de suporte e ligação a ligação da extremidade inferior da duto de interligação 9 a um tubo 2 repousado no fundo do mar, como explicado a seguir.b) a rigid steel ascending tube 9 or "vertical interconnection duct" equipped with buoyancy means, not shown, such as syntactic foam semi-casings, preferably evenly distributed over all or part of the length of said rigid tube and comprising, at its lower end, an inertial transition piece 8 equipped with a first fixing flange 9a at its lower end. The first fixing flange 9a is attached to a second fixing flange 5a that constitutes the upper part of a support and connection device 5, the same anchored to a first pillar 6 with the base 4 resting on the seabed, allowing the said support and connection device 5 the connection of the lower end of the interconnection duct 9 to a tube 2 resting on the seabed, as explained below.
A tubo flexível apresenta uma variação de curvatura contínua, em primeiro lugar côncava, na parte 10b com configuração de catenária mergulhante e, seguidamente, convexa na porção 10a terminal de flutuabilidade positiva com um ponto 10d de inflexão entre as duas, formando, assim, um S disposto num plano sensivelmente vertical.The flexible tube has a continuous curvature variation, first concave, in part 10b with a plunging catenary configuration and then convex in the terminal portion 10a of positive buoyancy with a 10d point of inflection between the two, thus forming a It is arranged on a substantially vertical plane.
A curva geométrica formada por um tubo de peso uniforme em suspensão sujeita à gravidade, denominada “catenária”, é uma função matemática de tipo cosseno hiperbólico (Coshx = (ex + e x)/2, ligando a abcissa e a ordenada de um ponto qualquer da curva de acordo com as fórmulas seguintes:The geometric curve formed by a uniform weight suspension tube subject to gravity, called “catenary”, is a mathematical function of the hyperbolic cosine type (Coshx = (e x + e x ) / 2, connecting the abscissa and the ordinate of a any point on the curve according to the following formulas:
y = R0(cosh(x/R0) - 1) R = Ro.(Y/Ro + 1)2 nas quais:y = R 0 (cosh (x / R 0 ) - 1) R = Ro. (Y / Ro + 1) 2 in which:
- x representa a distância na direção horizontal entre o ponto de tangência horizontal e um ponto M da curva,- x represents the distance in the horizontal direction between the point of horizontal tangency and a point M of the curve,
- y representa a altitude do ponto M (x e y são, por conseguinte, as abcissas e ordenadas de um ponto M da curva em relação a um sistema ortonormal cuja origem está no referido ponto de tangência)- y represents the altitude of the point M (x and y are, therefore, the abscissae and ordinates of a point M of the curve in relation to an orthonormal system whose origin is at that point of tangency)
- Ro representa o raio de curvatura no referido ponto de tangência horizontal.- R o represents the radius of curvature at said point of horizontal tangency.
- R representa o raio de curvatura no ponto M (x, y).- R represents the radius of curvature at point M (x, y).
Assim, a curvatura varia ao longo da catenária desde a superfície (para uma catenária mergulhante) ou desde a sua parte terminal na extremidade superior da duto de interligação (para uma catenária invertida) onde o seu raio tem um valor máximo Rmax, até ao ponto de tangência horizontal (que é o ponto baixo da catenária 10b mergulhante e o ponto elevado da catenária 10a invertida), onde o seu raio tem um valor mínimo Rm,n (ou Ro na fórmula acima).Thus, the curvature varies along the catenary from the surface (for a plunging catenary) or from its terminal part at the upper end of the interconnection duct (for an inverted catenary) where its radius has a maximum value R max , up to the horizontal tangency point (which is the low point of the plunge catenary 10b and the high point of the inverted catenary 10a), where its radius has a minimum value R m , n (or R o in the above formula).
Em operação, tal como representado na figura 1, quando a parte superior do tubo 9 rígido está inclinada com uma inclinação y em relação à vertical ZZ', a extremidade 10c da porção 10a terminal da flutuabilidade positiva do tubo flexível permanece sensivelmente no alinhamento axial Z^Z' da extremidade 9b superior do tubo rígido 9, e em qualquer dos casos, em continuidade de variação de curvatura com a extremidade 9b superior do tubo rígido, a qual pode, igualmente, ser ligeiramente curvada. Entende-se aqui por «variação contínua de curvatura» que não há ponto singular no sentido matemático nesta variação de curvatura. Isto confere uma melhor resistência mecânica à fixação 11 estanque entre as dois tubos e permite evitar a aplicação de um dispositivo pescoço de cisne, tal como utilizado na técnica anterior.In operation, as shown in figure 1, when the upper part of the rigid tube 9 is inclined with an inclination y with respect to the vertical ZZ ', the end 10c of the terminal portion 10a of the positive buoyancy of the flexible tube remains substantially in axial alignment Z ^ Z 'of the upper end 9b of the rigid tube 9, and in any case, in continuity of curvature variation with the upper end 9b of the rigid tube, which can also be slightly curved. Here it is understood by «continuous variation of curvature» that there is no singular point in the mathematical sense in this variation of curvature. This gives a better mechanical resistance to the watertight fixation 11 between the two tubes and allows to avoid the application of a gooseneck device, as used in the prior art.
O interesse deste tubo flexível é permitir, devido à sua porção 10b inicial mergulhante, amortecer as excursões dos suportes 12 flutuantes de forma a estabilizar a extremidade 10c do tubo flexível ligado a um tubo rígido ascendente da duto de interligação 1 vertical.The interest of this flexible tube is to allow, due to its initial plunging portion 10b, to cushion the excursions of the floating supports 12 in order to stabilize the end 10c of the flexible tube connected to a rigid tube rising from the vertical interconnection duct 1.
A extremidade da porção da parte 10c terminal flutuante do tubo flexível possui um primeiro elemento 11 de flange de fixação com a extremidade superior de um tubo rígido estendendo-se desde o fundo do mar encaixada ao nível de uma base 4 repousada no fundo do mar.The end of the portion of the floating end portion 10c of the flexible tube has a first fixing flange element 11 with the upper end of a rigid tube extending from the seabed at the level of a base 4 resting on the seabed.
A duto de interligação 9 vertical é «esticada», por um lado, pela flutuabilidade da parte 10a terminal do tubo flexível mas, por outro lado e sobretudo, por flutuadores regularmente repartidos, pelo menos, sobre a parte 9b superior, de um modo preferido, ao longo de toda o tubo rígido, nomeadamente sob a forma de espuma sintática que serve, de um modo vantajoso e ao mesmo tempo, como sistema de isolamento e de flutuabilidade. Estes flutuadores e esta espuma sintática podem ser repartidos ao longo e em torno do tubo rígido sobre todo o seu comprimento ou, de um modo preferido, apenas sobre uma porção da sua parte superior.The vertical interconnection duct 9 is "stretched", on the one hand, by the buoyancy of the terminal part 10a of the flexible tube, but on the other hand and above all, by floats regularly distributed, at least on the upper part 9b, preferably , along the entire rigid tube, namely in the form of syntactic foam, which serves, advantageously and at the same time, as an insulation and buoyancy system. These floats and this syntactic foam can be distributed along and around the rigid tube over its entire length or, preferably, only over a portion of its upper part.
Assim, se a base 4 se encontrar a uma profundidade de 2500 metros, a cobertura do tubo 1 rígido de espuma sintática pode limitar-se a um comprimento de 1000 m a partir da sua extremidade superior, o que permite utilizar uma espuma sintática que deve resistir a uma pressão inferior à que existiría se tivesse que resistir a pressões que vão até 2500 m e, por conseguinte, tendo um custo radicalmente reduzido em relação a uma espuma sintática devendo resistir à referida profundidade de 2500 m.Thus, if the base 4 is at a depth of 2500 meters, the cover of the rigid tube of syntactic foam may be limited to a length of 1000 m from its upper end, which allows the use of a syntactic foam that must resist at a pressure lower than that which would exist if it had to withstand pressures that go up to 2500 m and, therefore, having a radically reduced cost in relation to a syntactic foam and must withstand the referred depth of 2500 m.
O tubo 1 rígido de acordo com a invenção é, por conseguinte, «esticada» sem aplicação de um flutuador em superfície ou subsuperfície, como na técnica anterior, o que limita os efeitos da corrente e da ondulação e, consequentemente, reduz radicalmente a excursão da parte elevada da duto de interligação vertical e, por conseguinte, os esforços na base da duto de interligação ao nível do encaixe.The rigid tube 1 according to the invention is therefore "stretched" without the application of a float on the surface or subsurface, as in the prior art, which limits the effects of the current and the ripple and, consequently, radically reduces the excursion the high part of the vertical interconnection duct and, therefore, the stresses at the base of the interconnection duct at the level of the socket.
Para dar ao conjunto da ligação fundo-superfície uma grande flexibilidade, exerce-se, de um modo vantajoso, uma tensão vertical sobre a fundação em função da altura de água de acordo com a formulação seguinte: F = kH, sendo F exprimido em toneladas, H exprimido em metros, k compreendido entre 0,15 > k > 0,05, de um modo preferido k » 0,1.To give the bottom-surface connection a great deal of flexibility, an advantageous vertical tension is applied to the foundation depending on the height of the water according to the following formulation: F = kH, where F is expressed in tonnes , H expressed in meters, k between 0.15> k> 0.05, preferably k »0.1.
Se a flutuabilidade positiva for repartida sobre todo o comprimento do tubo rígido, representa, assim, de 50 a 150 Kg de impulso resultante por metro de tubo.If the positive buoyancy is spread over the entire length of the rigid tube, it thus represents 50 to 150 kg of resulting thrust per meter of tube.
É repartida, de um modo preferido, continuamente, ao longo do tubo rígido, bem como ao longo a parte 10a terminal do tubo flexível. Sobre esta última, a distribuição faz-se, geralmente, através de boias 10f espaçadas umas das outras e distribuídas regularmente sobre a porção 10a, representando cada uma o equivalente de alguns metros do impulso necessário, por exemplo, para um espaçamento de 5 a 10 m, sendo o impulso resultante requerido para cada flutuador de 250 a 1500 Kg por flutuador.It is preferably distributed continuously along the rigid tube, as well as along the end portion 10a of the flexible tube. On the latter, the distribution is generally made by buoys 10f spaced from each other and distributed regularly over the portion 10a, each representing the equivalent of a few meters of the necessary impulse, for example, for a spacing of 5 to 10 m, the resulting thrust being required for each float from 250 to 1500 kg per float.
Deve compreender-se que a flutuabilidade global corresponde ao que é geralmente chamado “Impulso de Arquimedes” ou “Peso Aparente” sobre cada uma das partes da ligação fundo-superfície: correspondendo, por um lado, à flutuabilidade requerida para contrabalançar o peso aparente respectivo do tubo rígido e do tubo flexível e, por outro lado, à flutuabilidade adicional necessária à aplicação de tensão que permite obter, assim, um impulso resultante vertical de 50 a 150 kg/m como descrito anteriormente.It must be understood that the overall buoyancy corresponds to what is generally called “Archimedes impulse” or “Apparent Weight” on each part of the bottom-surface connection: corresponding, on the one hand, to the buoyancy required to counteract the respective apparent weight of the rigid tube and the flexible tube and, on the other hand, to the additional buoyancy necessary to apply tension that allows to obtain, thus, a resulting vertical impulse of 50 to 150 kg / m as previously described.
Procedendo assim, e sendo a flutuabilidade global ao nível da transição entre tubo rígido e tubo flexível sensivelmente constante, resulta uma continuidade de variação de curvatura entre a extremidade superior do referido tubo rígido e a extremidade d referido tubo flexível que lhe está ligada, sem ponto singular, no sentido matemático do termo.Proceeding thus, and the global buoyancy at the level of the transition between rigid tube and flexible tube substantially constant, results in a continuity of curvature variation between the upper end of said rigid tube and the end of said flexible tube that is connected to it, without a point singular, in the mathematical sense of the term.
O duto de interligação a tubo 10 flexível e a ligação das flanges 9a, 5a de fixação entre a extremidade inferior na peça 8 de transição de inércia e o dispositivo 5 de suporte de ligação, dão origem a ligações estanques entre os tubos em causa.The flexible pipe interconnection duct 10 and the connection of the flanges 9a, 5a between the lower end in the inertial transition piece 8 and the connection support device 5, give rise to watertight connections between the pipes in question.
A base 4 repousada no fundo do mar suporta um primeiro elemento 2a de tubo terminal curvo ou arqueado do referido tubo repousado no fundo 2 do mar. Este primeiro elemento 2a de tubo terminal curvo ou arque25 ado compreende, na sua extremidade, uma primeira parte macho ou fêmea de um conector 7b automático, que está separada, lateralmente, em relação a um orifício 4a de passagem da referida base, mas posicionada de modo fixo e determinado em relação ao eixo ZZ' do referido orifício.The base 4 resting on the seabed supports a first curved or arcuate end tube element 2a of said tube resting on the seabed 2. This first curved or arched end tube element 2a comprises, at its end, a first male or female part of an automatic connector 7b, which is separated, laterally, in relation to a through hole 4a of said base, but positioned fixed and determined in relation to the ZZ 'axis of said orifice.
O dispositivo 5 de suporte e de ligação suporta um segundo elemento 5b de tubo rígido curvo compreendendo, na sua extremidade superior, a referida segunda flange 5a de fixação e, na sua extremidade inferior, uma segunda parte fêmea ou macho de um conector automático 7a, complementar da parte 7b.The support and connection device 5 supports a second curved rigid tube element 5b comprising, at its upper end, said second fixing flange 5a and, at its lower end, a second female or male part of an automatic connector 7a, complementary to part 7b.
Um primeiro pilar 6 tubular de ancoragem é descido desde um navio 20 de instalação em superfície e, seguidamente, enfiado, de um modo preferido, por meio de pancadas aplicadas de modo conhecido, através de um orifício 4a que atravessa verticalmente, de um lado ao outro, a base 4 até que uma excrescência 6a periférica na extremidade superior do referido primeiro pilar 6 coopere com uma forma 4c complementar na parte superior do referido orifício 4a da base. O orifício 4a é ligeiramente maior que o primeiro pilar 6 para o deixar deslizar livremente. E quando a aplicação de pancadas ao primeiro pilar é terminada, a base 4 encontra-se, assim, pregada ao solo sem se poder deslocar lateralmente, nem girar em torno de um qualquer eixo horizontal.A first anchoring tubular pillar 6 is lowered from a surface-mounted vessel 20 and then, preferably, threaded through knownly applied strokes, through a hole 4a that runs vertically from one side to the other. the other, the base 4 until a peripheral growth 6a at the upper end of said first pillar 6 cooperates with a complementary shape 4c at the top of said hole 4a of the base. The orifice 4a is slightly larger than the first pillar 6 to let it slide freely. And when the striking of the first pillar is completed, the base 4 is thus nailed to the ground without being able to move laterally or rotate around any horizontal axis.
Eventualmente, prevê-se uma pluralidade de orifícios e referidos primeiros pilares 6.Eventually, a plurality of holes and referred to first pillars 6 is foreseen.
No método de colocação de uma instalação de ligação fundosuperfície de acordo com a invenção, a primeira etapa consiste em fazer descer até ao fundo do mar, desde a superfície, a referida base equipada com o referido primeiro elemento 2a de tubo terminal do tubo repousado no fundo do mar. Após ancoragem da referida base por um referido primeiro pilar 6, realiza-se a ancoragem da peça 8 de transição na extremidade inferior do duto de interligação vertical por fixação sobre o dispositivo 5 de suporte e ligação, ele mesmo ancorado na referida base, formando, assim, um encaixe rígido da extremidade inferior do duto de interligação vertical.In the method of placing a bottom-surface connection installation according to the invention, the first step is to lower said base equipped with said first end element 2a of the tube resting on the surface to the bottom of the sea. seabed. After anchoring said base by said first pillar 6, the transition piece 8 is anchored at the lower end of the vertical interconnection duct by fixing on the support and connection device 5, itself anchored in said base, forming, thus, a rigid fit of the lower end of the vertical interconnection duct.
O dispositivo 5 de suporte e de ligação é constituído por elemen26 tos 5c de estrutura rígida e de reforço que suportam a referida segunda flange 5a de fixação e o referido segundo elemento 5b de tubo rígido curvo, assegurando os referidos elementos 5c de estrutura rígida, igualmente, a ligação entre a referida segunda flange 5a de fixação e uma placa 5d inferior que suporta, na face inferior, um segundo pilar 5e tubular designado inserção tubular de ancoragem.The support and connection device 5 consists of elements 5c of rigid and reinforcing structure that support said second fixing flange 5a and said second curved rigid tube element 5b, ensuring said rigid structure elements 5c, also , the connection between said second fixing flange 5a and a lower plate 5d supporting, on the bottom face, a second tubular pillar 5e called a tubular anchoring insert.
Quando a base 4 é ancorada no fundo 3 do mar, como representado na figura 2A, fabricam-se, a bordo do navio 20 de superfície, os diversos elementos de ligação fundo-superfície, nomeadamente a união de troços constituídos por uma pluralidade de elementos de tubos convencionais, que são progressivamente descidos. Desce-se, em primeiro lugar, o referido dispositivo 5 ligado de modo estanque à extremidade inferior do duto de interligação 9 vertical através da peça 8 de transição cônica 8 e, seguidamente, a integralidade do duto de interligação vertical equipada com os seus elementos de flutuabilidade e, por último, o tubo de ligação flexível equipado com os seus elementos de flutuabilidade fixa na continuidade direta da extremidade superior do duto de interligação 9 vertical.When the base 4 is anchored on the bottom 3 of the sea, as shown in figure 2A, on board the surface ship 20, the various bottom-surface connection elements are manufactured, namely the joining of sections made up of a plurality of elements conventional tubes, which are progressively lowered. First, said device 5 is connected watertightly to the lower end of the vertical interconnection duct 9 through the conical transition piece 8 and then the integrality of the vertical interconnection duct equipped with its buoyancy and, finally, the flexible connection tube equipped with its elements of fixed buoyancy in the direct continuity of the upper end of the vertical interconnection duct 9.
A montagem e a instalação do tubo 9 rígido faz-se de modo clássico, desde o navio 20, por união de elementos de tubos unitários ou troços de elementos unitários armazenados no navio 20 de superfície e descidos progressivamente de acordo com uma técnica conhecida do versado na técnica e descrita, nomeadamente, em pedidos de patentes anteriores em nome da requerente, a partir de um navio de instalação em J.The assembly and installation of the rigid tube 9 is done in a classic manner, from the ship 20, by joining elements of unitary tubes or sections of unitary elements stored in the surface ship 20 and descended progressively according to a technique known to the verse in the art and described, inter alia, in earlier patent applications in the applicant's name, from a ship installing in J.
Quando a integralidade do tubo 9 rígida foi fabricada e descida até ao fundo do mar, liga-se, de modo conhecido, por exemplo, através de flanges 11, a extremidade superior do tubo 9 à extremidade de um tubo 10 flexível, a qual, à medida que é desenrolado desde o navio 20 de instalação se apresenta, em primeiro lugar, na forma vertical, como representado na figura 2A, devido ao facto de flutuar, pelo menos, na sua parte 10a terminal, pelos elementos 10f de flutuabilidade regularmente repartidos sobre a porção 10a terminal.When the integrality of rigid tube 9 has been manufactured and descended to the bottom of the sea, it is known, for example, through flanges 11, the upper end of tube 9 to the end of a flexible tube 10, which, as it is unfolded from the installation vessel 20 it is presented, in the first place, in the vertical form, as shown in figure 2A, due to the fact that it floats, at least, in its terminal part 10a, by the regularly distributed buoyancy elements 10f over the terminal portion 10a.
Deve salientar-se, igualmente, que o tubo 9 rígido de aço pode ser, de modo conhecido, um tubo de tipo Pipe-in-Pipe compreendendo um sistema de isolamento no espaço anelar entre os dois tubos coaxiais constituintes do duto de interligação 9 e, além disso, um sistema de isolamento, tal como espuma sintáctica que serve como sistema de flutuabilidade, como descrito acima.It should also be noted that the rigid steel tube 9 can, in a known way, be a pipe-in-pipe type comprising an insulation system in the annular space between the two coaxial tubes constituting the interconnection duct 9 and , in addition, an insulation system, such as syntactic foam that serves as a buoyancy system, as described above.
Quando a extremidade inferior da inserção 5e tubular de ancoragem apresentando, de um modo preferido, uma forma ligeiramente cônica 5f é posicionada na proximidade e sobranceira ao orifício 4a da base 4, dirige-se, de um modo vantajoso, a referida inserção 5e tubular de ancoragem, mais precisamente, devido a um submarino automático ou «ROV» 20a pilotado desde a superfície. A referida inserção 5e tubular com um comprimento de 10 a 15 m reentra, então, naturalmente e devido ao seu próprio peso, no referido primeiro pilar tubular de ancoragem enfiado no fundo do mar sobre uma profundidade de 30 a 70 m.When the lower end of the anchoring tubular insert 5e preferably having a slightly conical shape 5f is positioned in the vicinity and overlooking the hole 4a of the base 4, the said tubular insertion 5e is advantageously directed anchoring, more precisely, due to an automatic submarine or «ROV» 20a piloted from the surface. Said tubular insert 5e with a length of 10 to 15 m then re-enters, naturally and due to its own weight, in said first tubular anchoring pillar tucked into the seabed over a depth of 30 to 70 m.
O diâmetro externo da inserção 5e tubular de ancoragem pode ser ligeiramente inferior ao diâmetro interno do primeiro pilar 6, por exemplo, inferior em 5 cm, o que facilita a orientação da inserção 5 tubular dentro do referido primeiro pilar 6, impedindo, ao mesmo tempo, os movimentos transversais num plano horizontal depois da inserção 5 tubular estar completamente inserida, como representado na figura 3.The outer diameter of the tubular anchoring insert 5e may be slightly smaller than the inner diameter of the first pillar 6, for example, less than 5 cm, which facilitates the orientation of the tubular insert 5 within said first pillar 6, while preventing, at the same time , the transverse movements in a horizontal plane after the tubular insertion 5 is completely inserted, as shown in figure 3.
Neste momento, um ferrolho 4b, representado em posição retraída na figura 2A, é deslocado em posição engatada, como nas figuras 1 e 3, de modo a bloquear a placa 5d superior da inserção 5e tubular, dentro do referido primeiro pilar 6, impedindo, assim, qualquer deslocação para cima do conjunto 1 de ligação fundo-superfície que se encontra encaixado através do dispositivo 5 de suporte de ligação no primeiro pilar 6 solidário com a referida base 4.At this moment, a bolt 4b, shown in a retracted position in figure 2A, is moved in engaged position, as in figures 1 and 3, in order to block the upper plate 5d of the tubular insertion 5, within the said first pillar 6, preventing, thus, any upward displacement of the bottom-to-surface connection assembly 1 which is engaged through the connection support device 5 on the first pillar 6 attached to said base 4.
Depois de o ferrolho 4b ter sido engatado, termina-se o desenrolamento dp tubo flexível, como representado na figura 3, e liga-se a extremidade superior do tubo flexível a uma bóia 21 provisória de subsuperfície, estando a mesma ligada a um corpo morto 21b repousado no fundo do mar por um cabo 21a.After the bolt 4b has been engaged, the unwinding of the flexible tube is terminated, as shown in figure 3, and the upper end of the flexible tube is connected to a temporary subsurface buoy 21, which is connected to a dead body 21b resting on the seabed by a cable 21a.
Procedendo assim, pré-instala-se, de um modo vantajoso, a integralidade da ligação 1 fundo-superfície antes da colocação do FPSO 12, o que facilita em muito as operações.By doing so, the integrality of the bottom-surface connection 1 is advantageously pre-installed before the placement of the FPSO 12, which greatly facilitates operations.
Depois de o suporte 12 flutuante estar posicionado à superfície, recupera-se a extremidade 10e do tubo 10 flexível que se vai, então, ligar ao referido suporte 12 flutuante FPSO, como representado na figura 1 e recupera-se a bóia 21 provisória, bem como o seu corpo morto 21b e o seu cabo 21a de ancoragem.After the floating support 12 is positioned on the surface, the end 10e of the flexible tube 10 is recovered, which will then be connected to said floating support FPSO 12, as shown in figure 1 and the temporary buoy 21 is recovered, as well such as its dead body 21b and its anchor line 21a.
A inserção 5e tubular transmite ao referido primeiro pilar 6 tubular os momentos de flexão devidos aos esforços de cisalhamento e transversais sofridos ao nível do encaixe da peça 8 no dispositivo 5.The tubular insertion 5e transmits to the said first tubular pillar 6 the bending moments due to the shearing and transverse forces suffered at the level of the fitting of the piece 8 in the device 5.
O sistema de fixação da extremidade superior do tubo 9 rígido com o tubo 10 flexível e a aplicação de tensão aos referidos tubos confere uma maior estabilidade à extremidade superior do tubo 9 rígido com uma variação angular y que não excede, em operação, os 5o.The fastening system of the upper end of the rigid tube 9 with the flexible tube 10 and the application of tension to said tubes gives greater stability to the upper end of the rigid tube 9 with an angular variation y that does not exceed, in operation, the 5 o .
Assim, foi possível, de acordo com a presente invenção, realizar um encaixe rígido da extremidade inferior do tubo 9 rígido de aço à base 4 através do dispositivo 5 de suporte de ligação. Para o efeito, o elemento de tubo terminal inferior do tubo 9 rígido compreende uma peça 8 de transição cônica cuja inércia, em seção transversal, aumenta progressivamente desde um valor sensivelmente idêntico à inércia do elemento de tubo 9 do duto de interligação ao qual está ligada, na parte elevada estreita da peça 8 de transição, até um valor de 3 a 10 vezes superior ao nível da sua parte baixa ligada à referida primeira flange 9a de fixação. O coeficiente de variação de inércia depende, essencialmente, do momento de flexão que deve suportar o duto de interligação vertical ao nível da referida peça de transição, sendo o referido momento função da excursão máxima da parte superior do tubo 9 rígido de aço, por conseguinte, do ângulo y. Para realizar esta peça 8 de transição utilizam-se aços de elevado limite elástico e, em casos extremos de tensão, pode ser-se levado a fabricar peças 8 de transição em titânio.Thus, it was possible, according to the present invention, to make a rigid fitting of the lower end of the rigid steel tube 9 to the base 4 through the connection support device 5. For this purpose, the lower end tube element of the rigid tube 9 comprises a conical transition piece 8 whose inertia, in cross section, progressively increases from a value substantially identical to the inertia of the tube element 9 of the interconnection duct to which it is connected , in the narrow elevated part of the transition piece 8, up to a value of 3 to 10 times greater than the level of its low part connected to said first fixing flange 9a. The coefficient of variation of inertia depends, essentially, on the bending moment that must support the vertical interconnection duct at the level of said transition piece, said moment being a function of the maximum excursion of the upper part of the rigid steel tube 9, therefore , the y-angle. In order to make this transition piece 8, steels with a high elastic limit are used and, in extreme stress cases, it can be carried out to manufacture transition pieces 8 in titanium.
Na figura 4, representou-se uma peça 8 de transição cilindrocônica apresentando uma espessura variável que aumenta progressivamen29 te desde a parte 81 elevada estreita até à parte 82 baixa mais espessa com um diâmetro interno constante correspondente ao diâmetro interno de um tubo rígido convencional e, em qualquer caso, ao diâmetro interno do referido segundo elemento 6 de tubo rígido.In figure 4, a cylindrical transition piece 8 showing a variable thickness that progressively increases from the narrow upper part 81 to the thicker lower part 82 with a constant internal diameter corresponding to the internal diameter of a conventional rigid tube and, in any case, the internal diameter of said second rigid tube member 6.
Numa versão preferida da invenção, representada em corte e em vista lateral nas figuras 5A-5B-5C, a peça 8 de transição é constituída por um elemento 8a de tubo principal de aço, de um modo preferido, com um diâmetro di interno idêntico ao da seção principal do tubo 9 e, de um modo preferido, com uma espessura igual ou ligeiramente superior à da referida seção principal do referido tubo 9 e, de um modo preferido, com uma espessura igual à do referido segundo elemento 5b de tubo curvo. Para obter um aumento da inércia, à medida que há uma aproximação da flange 9a de encaixe, dispõe-se de uma sucessão de elementos (8b-8d) de tubos coaxiais de alturas (h2, h3, h4) decrescentes, tendo cada um dos referidos elementos de tubos coaxiais um diâmetro (d2- d4) interno superior ao diâmetro DtD3 externo do elemento de tubo coaxial precedente que contém e um comprimento ou altura inferior ao comprimento do elemento de tubo precedente, ou seja, o elemento de tubo que contém ou que cobre e uma espessura função do aumento de rigidez pretendido.In a preferred version of the invention, shown in section and in side view in figures 5A-5B-5C, the transition piece 8 consists of a steel main tube element 8a, preferably with an internal diameter identical to that of the of the main section of the tube 9 and preferably with a thickness equal to or slightly greater than that of the main section of said tube 9 and preferably with a thickness equal to that of said second curved tube element 5b. To obtain an increase in inertia, as the flange 9a approaches, a succession of elements (8b-8d) of decreasing heights (h 2 , h 3 , h 4 ) is available, having each of said coaxial tube elements an inner diameter (d 2 - d 4 ) greater than the outer diameter DtD3 of the preceding coaxial tube element it contains and a length or height less than the length of the preceding tube element, that is, the element tube containing or covering and a thickness depending on the desired stiffness increase.
Assim, na figura 5A, representou-se uma peça 8 de transição compreendendo um primeiro elemento 8a de tubo interno e três elementos 8b-8c-8d de tubo de reforço coaxiais com diâmetros d2-d3-d4 crescentes e comprimentos h2-h3-h4 decrescentes, sendo cada dos referidos elementos de tubo coaxiais solidário, na sua extremidade inferior, com a mesma referida primeira flange 9a. Para assegurar uma variação sensivelmente contínua da inércia entre a parte elevada de inércia reduzida da peça 8 de transição e a parte baixa de forte inércia situada na ligação com a flange 9a, injeta-se, de um modo vantajoso, nos espaços anelares entre os referidos elementos de tubos coaxiais, um material 8e elastõmero, de um modo preferido, tal como um poliuretano, cuja dureza é ajustada para obter a variação de rigidez pretendida, nomeadamente, uma dureza shore de A50 a D70.Thus, in figure 5A, a transition piece 8 comprising a first element 8a of inner tube and three elements 8b-8c-8d of coaxial reinforcement tube with diameters d 2 -d 3 -d 4 and lengths h 2 -h 3 -h 4 decreasing, each of said coaxial tube elements being solidary, at its lower end, with the same said first flange 9a. In order to ensure a substantially continuous variation of inertia between the high part of reduced inertia of the transition piece 8 and the low part of strong inertia located in the connection with the flange 9a, it is advantageously injected in the annular spaces between said coaxial tube elements, a material 8 and elastomer, preferably such as a polyurethane, whose hardness is adjusted to obtain the desired stiffness variation, namely, a shore hardness from A50 to D70.
Pode ser suficiente injetar o referido material 8e rígido apenas nos interstícios anelares entre os elementos de tubo coaxiais, como representado na figura 5C. Mas, de acordo com a invenção, instala-se um molde de modo a obter uma peça cilindro-cônica, tal como representado na figura 5B, o que permite efetuar, numa só operação, o reforço da peça de transição e a sua proteção no que diz respeito à agressão do meio externo por um revestimento externo que lhe confere, assim, uma forma cilindro-cônica com uma transição de inércia regular e contínua. Tem que se ter cuidado para não cobrir com resina termoendurecível a parte superior da peça de transição ao longo de um comprimento de 20 a 50cm de modo a poder uní-la, a bordo do navio 20 de instalação, por soldadura, à extremidade inferior do tubo 9 rígido.It may be sufficient to inject said rigid material 8e only into the annular interstices between the coaxial tube elements, as shown in figure 5C. However, according to the invention, a mold is installed in order to obtain a cylindrical-conical piece, as shown in figure 5B, which allows the reinforcement of the transition piece and its protection in the which refers to the aggression of the external environment by an external coating that gives it, therefore, a cylinder-conical shape with a transition of regular and continuous inertia. Care must be taken not to cover the upper part of the transition piece with a thermosetting resin over a length of 20 to 50 cm in order to be able to join it, on board the installation vessel 20, by welding, to the lower end of the rigid tube 9.
Compreende-se que, para fabricar a peça 8 de transição de acordo com a invenção, se procede do seguinte modo:It is understood that, in order to manufacture the transition piece 8 according to the invention, proceed as follows:
- solda-se a extremidade inferior do primeiro elemento 8a de tubo principal de maior comprimento à flange 9a, e- the lower end of the first longest main tube element 8a is welded to the flange 9a, and
- insere-se, em torno do referido primeiro elemento 8a de tubo principal, um primeiro elemento 8b de tubo de reforço coaxial cuja extremidade inferior é soldada à mesma flange 9a, e- a first coaxial reinforcement tube element 8b is inserted around said first main tube element 8a, the lower end of which is welded to the same flange 9a, and
- insere-se o segundo tubo 8c de reforço em torno do primeiro elemento 8b de tubo de reforço e solda-se a sua extremidade inferior à flange 9a, e- the second reinforcement tube 8c is inserted around the first reinforcement tube element 8b and its lower end is welded to the flange 9a, and
- insere-se um terceiro elemento 8d de tubo de reforço de menor altura em torno do segundo elemento 8c de tubo de reforço e solda-se a sua extremidade inferior à flange 9a, e- a third element of lower reinforcement tube 8d is inserted around the second element of reinforcement tube 8c and its lower end is welded to flange 9a, and
- injeta-se um material termoplástico ou termoendurecível entre os diversos elementos de tubos e, se for caso disso, reveste-se a sua superfície externa através de um molde cilindro-cônico para obter a rigidez e variação de inércia e proteção contra a corrosão pretendidos.- a thermoplastic or thermoset material is injected between the various tube elements and, if necessary, the outer surface is coated with a cylinder-conical mold to obtain the required stiffness and variation of inertia and protection against corrosion .
Na figura 6, representou-se o diagrama I de variação da inércia, em ordenadas, entre a flange 9 e a extremidade superior da peça 8 de transição das figuras 5B e 5C. A escada 30 a tracejado representa a variação da seção em aço na ausência de material de cobertura e enchimento ao nível de cada um dos elementos de tubos de reforço. As curvas 31-32-33 representam a variação da inércia (ΣΕΙ) da peça 8 de transição das figuras 4 e 5C em função do seu comprimento, de acordo com o tipo de material de enchimento. A curva 33, de forma parabólica, é obtida com um material de enchimento do tipo poliuretano de dureza shore A90 ou A95 e constitui uma versão preferida da invenção. A curva 31 é obtida com um material muito mais duro, tal como um cimento de desempenho muito elevado, sozinho ou em combinação com uma carga pulverulenta, tal como areia.In figure 6, diagram I of the variation of inertia, in ordinates, between the flange 9 and the upper end of the transition piece 8 of figures 5B and 5C was represented. The dashed ladder 30 represents the variation of the steel section in the absence of covering and filling material at the level of each of the elements of reinforcement tubes. The curves 31-32-33 represent the variation of the inertia (ΣΕΙ) of the transition piece 8 of figures 4 and 5C according to its length, according to the type of filling material. The curve 33, of parabolic shape, is obtained with a filling material of the type A polyurethane of shore hardness A90 or A95 and constitutes a preferred version of the invention. The curve 31 is obtained with a much harder material, such as a very high performance cement, alone or in combination with a powdery load, such as sand.
A curva 32 intermédia corresponde à peça de transição em aço da figura 4.The intermediate curve 32 corresponds to the steel transition piece in figure 4.
A aplicação de um mesmo material de enchimento e material de cobertura de acordo com o perfil cilindro-cônico da figura 5B de tipo poliuretano, tal como descrito previamente, de um modo preferido, de dureza A90 ou A95, aproxima-se mais da curva 32 que das curvas 31 e 33 e constitui, por conseguinte, a versão preferida da invenção em termos de variação de inércia.The application of the same filler and cover material according to the cylinder-conical profile of figure 5B of polyurethane type, as previously described, preferably of hardness A90 or A95, is closer to curve 32 than curves 31 and 33 and is therefore the preferred version of the invention in terms of inertia variation.
A título de exemplo, uma peça de transição de 18 m de comprimento hi é realizada através de uma flange 9a de 200 mm de espessura sobre a qual se solda um elemento 8a de tubo principal com um diâmetro externo di = 323,85 mm, espessura de 20,6 mm e comprimento hi = 18 m, um primeiro reforço 8b coaxial com um diâmetro externo d2 =457,20 mm, espessura de 12,7 mm e comprimento h2 = 12m, um segundo reforço 8c coaxial com um diâmetro externo d3 =609,6 mm, espessura de 6 mm e comprimento h3 = 6 m. Seguidamente, faz-se uma cópia de molde de tudo, quer em posição vertical, quer em posição oblíqua com uma inclinação de 5 a 30% para facilitar o enchimento e evitar os vazios, através de uma resina de poliuretano 8e de dureza shore A90 ou A95. O espaço entre o primeiro 8a tubo e o primeiro reforço 8b é de 53,98 mm e o espaço entre o segundo reforço e o primeiro reforço é de 70,2 mm. O aumento da inércia é, sensivelmente, de um fator k=3 ao nível do primeiro reforço 8b e de um fator k=5 ao nível do segundo reforço 8c. Aquando do vazamento, efetuam-se, de um modo vantajoso, ciclos de depressão no molde durante o enchimento de modo a eliminar ao máximo as bolhas de ar indesejáveis. Com efeito, pelo facto de a peça de transição ir ser instalada a muito grande profundidade, a pressão hidrostática pode ter efeitos prejudiciais no funcionamento mecânico global após um desmoronamento sobre si própria das referidas bolhas devido à referida pressão que é sensivelmente de 10 MPa por fracção de 1000 m de água.For example, an 18 m long transition piece hi is made through a 200 mm thick flange 9a on which a main tube element 8a with an external diameter di = 323.85 mm, thickness is welded 20.6 mm and length hi = 18 m, a first coaxial reinforcement 8b with an external diameter d 2 = 457.20 mm, thickness 12.7 mm and length h 2 = 12m, a second coaxial reinforcement 8c with a diameter external d 3 = 609.6 mm, thickness 6 mm and length h 3 = 6 m. Then, a mold copy is made of everything, either in a vertical position or in an oblique position with an inclination of 5 to 30% to facilitate filling and avoid voids, using a polyurethane resin 8e of shore hardness A90 or A95. The space between the first pipe 8a and the first reinforcement 8b is 53.98 mm and the space between the second reinforcement and the first reinforcement is 70.2 mm. The increase in inertia is approximately a factor k = 3 at the level of the first reinforcement 8b and a factor k = 5 at the level of the second reinforcement 8c. Upon pouring, depression cycles in the mold are advantageously performed during filling in order to eliminate undesirable air bubbles as much as possible. In fact, because the transition piece is going to be installed at a very great depth, the hydrostatic pressure can have detrimental effects on the overall mechanical functioning after the said bubbles collapsed on itself due to the said pressure which is approximately 10 MPa per fraction 1000 m of water.
Na figura 3A, descreveu-se a invenção com uma base 4 colocada ao mesmo tempo que o tubo submarino repousado no fundo, sendo a referida base estabilizada por um primeiro pilar 6 que a atravessa. Mas permanece-se no espírito da invenção se se considerar, como na figura 3B, uma base 4 constituída por uma âncora por sucção, apresentando um orifício, de um modo preferido circular, integrado na referida âncora por sucção e desempenhando o papel de pilar 6 e apta a receber a inserção 52 de ancoragem. Assim, o dispositivo 5 de suporte e ligação na extremidade inferior da ligação fundo-superfície encontra-se diretamente encaixado na âncora por sucção cujo peso atinge 25 a 50 toneladas para um diâmetro de 3 a 5 m e uma altura de 20-25 m. Nesta configuração, o tubo 2 submarino é colocada de modo independente e necessita, consequentemente, de um tubo 7 de junção fabricada a pedido após instalação da ligação fundo-superfície e do tubo 2 submarino. O referido tubo 7 de junção necessita, então, de dois conectores 7a-7ai, 7br7b automáticos, um em cada uma das suas extremidades, enquanto a versão descrita recorrendo à figura 3A necessita apenas de um só conector 7a-7b automático.In figure 3A, the invention has been described with a base 4 placed at the same time as the underwater tube resting on the bottom, said base being stabilized by a first pillar 6 that crosses it. But it remains in the spirit of the invention if one considers, as in figure 3B, a base 4 constituted by a suction anchor, presenting an orifice, preferably circular, integrated in the said suction anchor and playing the role of pillar 6 and able to receive the anchoring insert 52. Thus, the support and connection device 5 at the lower end of the bottom-surface connection is directly attached to the suction anchor whose weight reaches 25 to 50 tons for a diameter of 3 to 5 m and a height of 20-25 m. In this configuration, the submarine tube 2 is placed independently and therefore requires a joint tube 7 made to order after installation of the bottom-surface connection and the submarine tube 2. Said connecting tube 7 then requires two automatic connectors 7a-7ai, 7b r 7b, one at each end, while the version described using figure 3A requires only a single automatic connector 7a-7b.
A invenção foi descrita numa versão preferida fabricada e simultaneamente instalada no local a partir de um navio 20 de instalação, mas permanece-se no espírito da invenção com uma pré-fabricação do conjunto completo num estaleiro em terra, sendo o conjunto rebocado seguidamente, sensivelmente na horizontal, até ao local e, seguidamente e por último, virado com vista à inserção da inserção 5e de ancoragem no primeiro pilar 6 tubular.The invention has been described in a preferred version manufactured and simultaneously installed on site from an installation ship 20, but remains in the spirit of the invention with a prefabrication of the complete set in a shipyard on land, with the set being towed, substantially horizontally, up to the place and then and finally, turned with a view to inserting the anchoring insert 5e in the first tubular pillar 6.
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